Gli ultimi 70 anni hanno visto il nostro modo di vivere e lavorare trasformato da due piccole invenzioni. Il transistor elettronico e il microchip sono ciò che rende possibile tutta l'elettronica moderna, e dal loro sviluppo negli anni '40 sono diventati più piccoli. Oggi, un chip può contenere fino a 5 miliardi di transistor. Se le auto avessero seguito lo stesso percorso di sviluppo, ora saremmo in grado di guidarli a 300, 000 mph e costerebbero solo £ 3 ciascuno.

Ma per mantenere questo progresso dobbiamo essere in grado di creare circuiti estremamente piccoli, scala nanometrica. Un nanometro (nm) è un miliardesimo di metro e quindi questo tipo di ingegneria comporta la manipolazione di singoli atomi. Possiamo farlo, Per esempio, sparando un fascio di elettroni su un materiale, oppure vaporizzandolo e depositando gli atomi gassosi risultanti strato per strato su una base.

La vera sfida è utilizzare tali tecniche in modo affidabile per produrre dispositivi funzionanti su nanoscala. Le proprietà fisiche della materia, come il suo punto di fusione, conducibilità elettrica e reattività chimica, diventare molto diverso su scala nanometrica, quindi il restringimento di un dispositivo può influire sulle sue prestazioni. Se riusciamo a padroneggiare questa tecnologia, però, allora abbiamo l'opportunità di migliorare non solo l'elettronica, ma tutti i tipi di aree della vita moderna.

1. Medici dentro il tuo corpo

La tecnologia per il fitness indossabile significa che possiamo monitorare la nostra salute legandoci i gadget. Esistono persino prototipi di tatuaggi elettronici in grado di rilevare i nostri segni vitali. Ma ridimensionando questa tecnologia, potremmo andare oltre impiantando o iniettando minuscoli sensori all'interno dei nostri corpi. Ciò consentirebbe di acquisire informazioni molto più dettagliate con meno problemi per il paziente, consentendo ai medici di personalizzare il loro trattamento.

Le possibilità sono infinite, che vanno dal monitoraggio dell'infiammazione e del recupero post-operatorio ad applicazioni più esotiche in cui i dispositivi elettronici interferiscono effettivamente con i segnali del nostro corpo per il controllo della funzione degli organi. Sebbene queste tecnologie possano sembrare una cosa del lontano futuro, aziende sanitarie multimiliardarie come GlaxoSmithKline stanno già lavorando a modi per sviluppare i cosiddetti "elettroceutici".

2. Sensori, sensori, da tutte le parti

Questi sensori si basano su nanomateriali di nuova invenzione e tecniche di produzione per renderli più piccoli, più complessi e più efficienti dal punto di vista energetico. Per esempio, sensori con caratteristiche molto fini possono ora essere stampati in grandi quantità su rotoli flessibili di plastica a basso costo. Ciò apre la possibilità di posizionare sensori in molti punti dell'infrastruttura critica per verificare costantemente che tutto funzioni correttamente. ponti, gli aerei e persino le centrali nucleari potrebbero trarne vantaggio.

3. Strutture di autoguarigione

Se dovessero apparire delle crepe, la nanotecnologia potrebbe svolgere un ruolo ulteriore. La modifica della struttura dei materiali su scala nanometrica può conferire loro alcune proprietà sorprendenti, conferendo loro una consistenza che respinge l'acqua, Per esempio. Nel futuro, i rivestimenti o gli additivi nanotecnologici avranno persino il potenziale per consentire ai materiali di "guarire" quando danneggiati o usurati. Per esempio, disperdere le nanoparticelle in un materiale significa che possono migrare per riempire eventuali crepe che appaiono. Questo potrebbe produrre materiali autorigeneranti per qualsiasi cosa, dalle cabine di pilotaggio degli aerei alla microelettronica, impedendo che le piccole fratture si trasformino in grandi, crepe più problematiche.

4. Rendere possibili i big data

Tutti questi sensori produrranno più informazioni di quante ne abbiamo mai avuto a che fare prima, quindi avremo bisogno della tecnologia per elaborarle e individuare i modelli che ci avviseranno dei problemi. Lo stesso sarà vero se vogliamo utilizzare i "big data" dei sensori di traffico per aiutare a gestire la congestione e prevenire gli incidenti, o prevenire la criminalità utilizzando le statistiche per allocare in modo più efficace le risorse di polizia.

Qui, la nanotecnologia sta aiutando a creare una memoria ultra-densa che ci consentirà di archiviare questa ricchezza di dati. Ma fornisce anche l'ispirazione per algoritmi ultra efficienti per l'elaborazione, crittografare e comunicare i dati senza comprometterne l'affidabilità. La natura ha diversi esempi di processi di big data eseguiti in modo efficiente in tempo reale da minuscole strutture, come le parti dell'occhio e dell'orecchio che trasformano i segnali esterni in informazioni per il cervello.

Le architetture di computer ispirate al cervello potrebbero anche utilizzare l'energia in modo più efficiente e quindi combattere meno con il calore in eccesso, uno dei problemi chiave con l'ulteriore restringimento dei dispositivi elettronici.

5. Affrontare il cambiamento climatico

La lotta ai cambiamenti climatici significa che abbiamo bisogno di nuovi modi per generare e utilizzare l'elettricità, e la nanotecnologia sta già giocando un ruolo. Ha contribuito a creare batterie in grado di immagazzinare più energia per le auto elettriche e ha consentito ai pannelli solari di convertire più luce solare in elettricità.

Il trucco comune in entrambe le applicazioni consiste nell'utilizzare nanotexturing o nanomateriali (ad esempio nanofili o nanotubi di carbonio) che trasformano una superficie piana in una tridimensionale con un'area superficiale molto maggiore. Ciò significa che c'è più spazio per le reazioni che consentono lo stoccaggio o la generazione di energia, in modo che i dispositivi funzionino in modo più efficiente

Nel futuro, la nanotecnologia potrebbe anche consentire agli oggetti di raccogliere energia dal loro ambiente. Sono attualmente in fase di sviluppo nuovi nanomateriali e concetti che mostrano il potenziale per la produzione di energia dal movimento, leggero, variazioni di temperatura, glucosio e altre fonti ad alta efficienza di conversione.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.