De afgelopen 70 jaar is de manier waarop we leven en werken getransformeerd door twee kleine uitvindingen. De elektronische transistor en de microchip maken alle moderne elektronica mogelijk, en sinds hun ontwikkeling in de jaren '40 zijn ze kleiner geworden. Vandaag, één chip kan maar liefst 5 miljard transistors bevatten. Als auto's hetzelfde ontwikkelingspad hadden gevolgd, we zouden ze nu op 300 kunnen rijden, 000 mph en ze zouden slechts £ 3 per stuk kosten.

Maar om deze vooruitgang gaande te houden, moeten we circuits kunnen maken op de extreem kleine, nanometer schaal. Een nanometer (nm) is een miljardste van een meter en dus omvat dit soort engineering het manipuleren van individuele atomen. We kunnen dit, bijvoorbeeld, door een bundel elektronen op een materiaal af te vuren, of door het te verdampen en de resulterende gasvormige atomen laag voor laag op een basis af te zetten.

De echte uitdaging is om dergelijke technieken op betrouwbare wijze te gebruiken om werkende apparaten op nanoschaal te vervaardigen. De fysieke eigenschappen van materie, zoals het smeltpunt, elektrische geleidbaarheid en chemische reactiviteit, heel anders worden op nanoschaal, dus het verkleinen van een apparaat kan de prestaties beïnvloeden. Als we deze technologie kunnen beheersen, echter, dan hebben we de mogelijkheid om niet alleen de elektronica te verbeteren, maar ook allerlei gebieden van het moderne leven.

1. Artsen in je lichaam

Met draagbare fitnesstechnologie kunnen we onze gezondheid in de gaten houden door gadgets aan onszelf vast te binden. Er zijn zelfs prototypes van elektronische tatoeages die onze vitale functies kunnen waarnemen. Maar door deze technologie te verkleinen, we zouden verder kunnen gaan door kleine sensoren in ons lichaam te implanteren of te injecteren. Dit zou veel gedetailleerdere informatie vastleggen met minder gedoe voor de patiënt, waardoor artsen hun behandeling kunnen personaliseren.

De mogelijkheden zijn eindeloos, variërend van het bewaken van ontstekingen en herstel na een operatie tot meer exotische toepassingen waarbij elektronische apparaten de signalen van ons lichaam voor het regelen van de orgaanfunctie daadwerkelijk verstoren. Hoewel deze technologieën misschien iets van de verre toekomst lijken, miljarden zorgbedrijven zoals GlaxoSmithKline werken al aan manieren om zogenaamde "elektroceuticals" te ontwikkelen.

2. Sensoren, sensoren, overal

Deze sensoren vertrouwen op nieuw uitgevonden nanomaterialen en fabricagetechnieken om ze kleiner, complexer en energiezuiniger. Bijvoorbeeld, sensoren met zeer fijne eigenschappen kunnen nu tegen lage kosten in grote hoeveelheden worden geprint op flexibele plastic rollen. Dit opent de mogelijkheid om sensoren op veel punten boven kritieke infrastructuur te plaatsen om constant te controleren of alles correct werkt. Bruggen, vliegtuigen en zelfs kerncentrales kunnen hiervan profiteren.

3. Zelfherstellende structuren

Als er toch scheuren ontstaan, kan nanotechnologie nog een rol spelen. Door de structuur van materialen op nanoschaal te veranderen, kunnen ze verbazingwekkende eigenschappen krijgen - door ze een textuur te geven die water afstoot, bijvoorbeeld. In de toekomst, nanotechnologische coatings of additieven zullen zelfs het potentieel hebben om materialen te laten "genezen" wanneer ze beschadigd of versleten zijn. Bijvoorbeeld, door nanodeeltjes door een materiaal te verspreiden, kunnen ze migreren om eventuele scheuren op te vullen. Dit zou zelfherstellende materialen kunnen produceren voor alles, van vliegtuigcockpits tot micro-elektronica, voorkomen dat kleine breuken groot worden, meer problematische scheuren.

4. Big data mogelijk maken

Al deze sensoren zullen meer informatie produceren dan we ooit hebben gehad - dus we hebben de technologie nodig om het te verwerken en de patronen te herkennen die ons op problemen wijzen. Hetzelfde geldt als we de "big data" van verkeerssensoren willen gebruiken om congestie te helpen beheersen en ongevallen te voorkomen, of misdaad voorkomen door statistieken te gebruiken om politiemiddelen effectiever toe te wijzen.

Hier, nanotechnologie helpt bij het creëren van ultracompact geheugen dat ons in staat zal stellen deze schat aan gegevens op te slaan. Maar het levert ook de inspiratie voor ultra-efficiënte algoritmen voor verwerking, versleutelen en communiceren van gegevens zonder de betrouwbaarheid ervan in gevaar te brengen. De natuur heeft verschillende voorbeelden van big data-processen die efficiënt in realtime worden uitgevoerd door kleine structuren, zoals de delen van het oog en oor die externe signalen omzetten in informatie voor de hersenen.

Computerarchitecturen die door de hersenen zijn geïnspireerd, zouden ook efficiënter met energie kunnen omgaan en zouden dus minder last hebben van overtollige warmte - een van de belangrijkste problemen bij het verder krimpen van elektronische apparaten.

5. Klimaatverandering aanpakken

De strijd tegen klimaatverandering betekent dat we nieuwe manieren nodig hebben om elektriciteit op te wekken en te gebruiken, en nanotechnologie speelt al een rol. Het heeft geholpen batterijen te maken die meer energie kunnen opslaan voor elektrische auto's en heeft zonnepanelen in staat gesteld om meer zonlicht om te zetten in elektriciteit.

De gebruikelijke truc in beide toepassingen is om nanotexturen of nanomaterialen (bijvoorbeeld nanodraden of koolstofnanobuisjes) te gebruiken die een plat oppervlak veranderen in een driedimensionaal oppervlak met een veel groter oppervlak. Hierdoor is er meer ruimte voor de reacties die energieopslag of -opwekking mogelijk maken, zodat de apparaten efficiënter werken

In de toekomst, nanotechnologie zou objecten ook in staat kunnen stellen energie uit hun omgeving te halen. Er worden momenteel nieuwe nanomaterialen en concepten ontwikkeld die potentieel aantonen om energie te produceren uit beweging, licht, variaties in temperatuur, glucose en andere bronnen met een hoge conversie-efficiëntie.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.