De senaste 70 åren har sett hur vi lever och arbetar förändrats av två små uppfinningar. Den elektroniska transistorn och mikrochipet är det som gör all modern elektronik möjlig, och sedan deras utveckling på 1940 -talet har de blivit mindre. I dag, ett chip kan innehålla så många som 5 miljarder transistorer. Om bilar hade följt samma utvecklingsväg, vi skulle nu kunna köra dem på 300, 000mph och de skulle kosta bara £ 3 styck.

Men för att hålla denna utveckling igång måste vi kunna skapa kretsar på de extremt små, nanometer skala. En nanometer (nm) är en miljarddel av en meter, så denna typ av teknik innebär att man manipulerar enskilda atomer. Vi kan göra det här, till exempel, genom att skjuta en elektronstråle mot ett material, eller genom att förånga den och avsätta de resulterande gasformiga atomerna lager för lager på en bas.

Den verkliga utmaningen är att använda sådana tekniker tillförlitligt för att tillverka fungerande nanoskalaenheter. De fysiska egenskaperna hos materia, såsom dess smältpunkt, elektrisk konduktivitet och kemisk reaktivitet, bli väldigt annorlunda på nanoskala, så att krympa en enhet kan påverka dess prestanda. Om vi ​​kan bemästra denna teknik, dock, då har vi möjlighet att förbättra inte bara elektroniken utan alla möjliga områden i det moderna livet.

1. Läkare inuti din kropp

Bärbar fitnessteknik innebär att vi kan övervaka vår hälsa genom att fästa prylar för oss själva. Det finns till och med prototyp elektroniska tatueringar som kan känna våra vitala tecken. Men genom att minska denna teknik, vi kunde gå längre genom att implantera eller injicera små sensorer inuti våra kroppar. Detta skulle fånga mycket mer detaljerad information med mindre krångel för patienten, gör det möjligt för läkare att anpassa sin behandling.

Möjligheterna är oändliga, allt från övervakning av inflammation och återhämtning efter operationen till mer exotiska applikationer där elektroniska enheter faktiskt stör vår kropps signaler för att kontrollera organets funktion. Även om denna teknik kan låta som en sak i framtiden, mångmiljard sjukvårdsföretag som GlaxoSmithKline arbetar redan med sätt att utveckla så kallade "elektroceutiker".

2. Sensorer, sensorer, överallt

Dessa sensorer förlitar sig på nyuppfunnna nanomaterial och tillverkningstekniker för att göra dem mindre, mer komplex och mer energieffektiv. Till exempel, sensorer med mycket fina funktioner kan nu skrivas ut i stora mängder på flexibla plastrullar till låg kostnad. Detta öppnar möjligheten att placera sensorer på många punkter över kritisk infrastruktur för att ständigt kontrollera att allt fungerar korrekt. Broar, flygplan och till och med kärnkraftverk kan gynnas.

3. Självläkande strukturer

Om sprickor uppstår kan nanoteknik spela en ytterligare roll. Att ändra materialstrukturen i nanoskala kan ge dem några fantastiska egenskaper - genom att ge dem en konsistens som stöter bort vatten, till exempel. I framtiden, nanotekniska beläggningar eller tillsatser har till och med potential att låta material "läka" när de skadas eller bärs. Till exempel, spridning av nanopartiklar genom ett material innebär att de kan migrera för att fylla i eventuella sprickor som dyker upp. Detta kan producera självläkande material för allt från flygcockpits till mikroelektronik, förhindrar att små frakturer blir stora, mer problematiska sprickor.

4. Möjliggör stora data

Alla dessa sensorer kommer att producera mer information än vi någonsin har haft att göra med tidigare - så vi kommer att behöva tekniken för att bearbeta den och upptäcka mönstren som kommer att varna oss för problem. Detsamma kommer att gälla om vi vill använda "big data" från trafiksensorer för att hantera trängsel och förebygga olyckor, eller förhindra brott genom att använda statistik för att mer effektivt fördela polisresurser.

Här, nanoteknik hjälper till att skapa ultratätt minne som gör att vi kan lagra denna mängd data. Men det ger också inspirationen till ultraeffektiva algoritmer för bearbetning, kryptera och kommunicera data utan att äventyra dess tillförlitlighet. Naturen har flera exempel på stora dataprocesser som effektivt utförs i realtid av små strukturer, såsom de delar av ögat och örat som förvandlar yttre signaler till information för hjärnan.

Datorarkitekturer inspirerade av hjärnan kan också använda energi mer effektivt och det skulle också kämpa mindre med överskottsvärme - ett av de viktigaste problemen med krympande elektroniska enheter ytterligare.

5. Att hantera klimatförändringarna

Kampen mot klimatförändringar innebär att vi behöver nya sätt att producera och använda el, och nanoteknik spelar redan en roll. Det har hjälpt till att skapa batterier som kan lagra mer energi för elbilar och har gjort det möjligt för solpaneler att omvandla mer solljus till el.

Det vanliga tricket i båda applikationerna är att använda nanoteksturering eller nanomaterial (till exempel nanotrådar eller kolnanorör) som gör en plan yta till en tredimensionell med en mycket större ytarea. Detta innebär att det finns mer utrymme för de reaktioner som möjliggör energilagring eller produktion, så att enheterna fungerar mer effektivt

I framtiden, nanoteknik kan också göra det möjligt för objekt att skörda energi från sin miljö. Nya nanomaterial och koncept utvecklas för närvarande som visar potential för att producera energi från rörelse, ljus, variationer i temperatur, glukos och andra källor med hög omvandlingseffektivitet.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.