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2016十大新兴技术:物联网纳米化

时间: 2016年07月26日 | 作者: Javier Garcia Martin | 来源: 环球科学
微型传感器可以把医药、节能以及其他领域带到一个全新境界。


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物联网(IoT)是用廉价的微传感器和微处理器,以及微型电源和无线天线构筑起来的。物联网正在快速地将由电脑和移动设备构成的网络空间拓展到物理世界的常见器件上如温控器、汽车、门锁,甚至宠物追踪器。新型的物联网设备每天都会面世,分析家预计到2020年将会有多达300亿个物联网设备在线。

 

互联设备的爆炸式增长,尤其是那些由人工智能系统监控和控制的互联设备可以赋予日用品非凡的功能。比如一栋屋子可以在识别出主人下班回家时自动开启前门;植入身体的心脏监控仪可以在心脏出现病迹象时呼叫医生。网络宇宙的大爆炸近在眼前。

 

科学家开始尝试把几毫米或几微米大小的传感器压缩到纳米量级,这种尺寸的传感器可以在活体内循环,或直接和建筑材料结合。这是构成纳米物联网(IoNT)的关键一步,纳米物联网有希望将医药、节能以及其他领域带到一个全新的境界。

 

一些目前最先进的纳米传感器是利用合成生物学工具对单细胞生物(如细菌)进行修饰而制造出来的。研究者的目标是制造简单的生物计算机,它们用DNA和蛋白质来识别特定的化学靶点,储存几比特的信息,然后通过改变颜色或发出某种容易检测的信号的方式来报告自己的状态。

 

美国的初创公司 Synlogic 正在试图将具有计算功能的益生菌菌株商业化,这类菌株可以治疗罕见的代谢紊乱。除了药物以外,这类细胞纳米传感器还可以应用在农业和药物生产中。

 

许多纳米传感器是用非生物材料制造的(比如碳纳米管),它们可以探测信号并发出信号,就像纳米天线一样。纳米传感器的个头非常小,因此它们可以从几百万个不同的位点收集信息。接下来外部设备可以整合这些数据,产生无比精细的地图。这种地图可以展示出光、振动、电流、磁场、化学物质浓度以及其他环境条件的最细微变化。

 

从智能纳米传感器向纳米物联网的转变看来是不可避免的趋势,不过前方将会遇到一些拦路虎。其中一个技术难题在于,如何将所有器件组合成自供电的纳米设备,检测数据变化并向物联网发送信号。

 

其他的障碍还包括隐私和安全方面的棘手问题。任何植入体内的纳米设备,不管是无意还是故意为之,都可能具有毒性并造成身体的免疫反应。新技术也会让不受欢迎的监控成为可能。为了避免最令人困扰的隐私和安全问题,一开始可以把这类技术应用在植物以及工业生产中涉及的非感染性的微生物这些更为简单、风险更小的生物体中。

 

当物联网时代来临时,它可以提供关于我们的城市、家庭、工厂甚至身体的更细致、更便宜以及更实时的图景。目前,交通信号灯、可穿戴设备或者监控摄像头都正在连接到互联网上。下一步,数十亿的纳米传感器将收集海量实时数据,直接把它们发送到云端。

 

撰文 Javier Garcia Martinez

翻译 徐寒易

 

原文链接:http://www.scientificamerican.com/article/the-internet-of-things-goes-nano/


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