Inzwischen kennen Sie sich wahrscheinlich ein wenig mit Nanotechnologie aus und haben vielleicht schon ein oder zwei Dinge über das Internet der Dinge (IoT) gehört. Aber haben Sie schon einmal über eine Kombination aus beidem nachgedacht? Betreten Sie das Internet der Nanodinge (IoNT).
Nanotechnologie ist ein multidisziplinäres Feld, das den Alltag zu revolutionieren beginnt. Durch die Manipulation unglaublich kleiner Materieteilchen (kleiner als 100 Nanometer) können Materialien mit präzisen und einzigartigen Eigenschaften hergestellt werden. Um ein Gefühl für die Größe zu geben, ein Strang menschlicher DNA hat einen Durchmesser von etwa 2,5 Nanometern. Die US-Regierung ist besonders an der Nanotechnologie interessiert, weil ihre Anwendungsmöglichkeiten vielfältig sind; Scheinbar unterschiedliche Branchen wie Verteidigung, Gesundheitswesen und Textilien profitieren alle von den gleichen Entdeckungen. Die US-amerikanische National Nanotechnology Initiative (NNI) im Fiskaljahr (GJ) 2016 1,5 Milliarden US-Dollar an Bundesmitteln beantragt und über 22 Milliarden US-Dollar erhalten seit GJ 2001.
Das Internet der Dinge ist das Netzwerk von Objekten, die Daten senden und empfangen können. Dazu gehören nicht nur Geräte wie Handys und Fitnesstracker, sondern auch Kühlschränke und Boeing 787-Triebwerke . Es ist wahrscheinlich, dass wir die potenziellen Auswirkungen des IoT erst am Anfang erkennen. Eines Tages könnten unsere Infrastruktur sowie landwirtschaftliche und medizinische Geräte alle über Sensoren verfügen, die es ihnen ermöglichen, automatisch zu melden und auf potenziell verheerende Veränderungen in ihrer Umgebung zu reagieren. Es sind diese Sensoren die ein Ding in die Lage versetzen, Teil des IoT zu sein.
Der Nanowelt ist ein seltsamer Ort, an dem die Dinge ganz, ganz anders passieren als auf der Makroskala (unserer normalen). Was Sie beispielsweise unter den Eigenschaften eines Materials verstehen, sind in Wirklichkeit nur ein Durchschnitt der Eigenschaften aller seiner Komponenten. Sobald Sie auf der molekularen Ebene angekommen sind, werden die Kräfte, die auf einzelne Atome und Moleküle wirken, dominanter. Diese Quanteneffekte bewirken, dass Gold bei Raumtemperatur flüssig ist, Silizium (das weithin als Halbleiter verwendet wird) ein Leiter ist und viele andere Effekte auftreten. Dies sind einige der Gründe, warum wir normale Sensoren nicht einfach auf den Nanobereich verkleinern und auf Nanogeräten platzieren können, um ein Netzwerk zu bilden.
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Zwei mögliche Lösungen Zu diesem Problem zählen elektromagnetische (EM) und molekulare Nanosensoren. EM-Nanosensoren erkennen Veränderungen in elektromagnetischen Wellen unter Berücksichtigung von Quanteneffekten, während molekulare Nanosensoren funktionierende organische Kommunikationssysteme außer Kraft setzen, um eine codierte Botschaft zu übertragen. Beide Methoden benötigen viel weniger Energie als ihre größeren Gegenstücke; geerntete mechanische Energie aus Nanodraht-Vibrationen können EM-Nanosensoren antreiben, und Umweltbiochemikalien können als Brennstoff für molekulare Nanosensoren verwendet werden. Beide Verfahren haben jedoch ihre jeweiligen Nachteile. Der Hauptnachteil der EM-Methode ist das Rauschen und die Reduzierung der EM-Welle aufgrund der Absorption durch umgebende Moleküle. Bei der molekularen Methode besteht ein großes Risiko darin, Daten durch Umwelteinflüsse wie Bewegung oder Chemikalien zu verlieren.
In ähnlicher Weise ist die Internet of Bio-Nanothings (IoBNT) erweitert das IoNT durch die Verwendung biologisch eingebetteter Computergeräte. Der Vorteil besteht darin, dass die Geräte nicht künstlich sind und sich beim Einsatz nicht negativ auf empfindliche biologische Umgebungen – wie Zellen – auswirken sollten. Eine große Herausforderung bei der Entwicklung des IoBNT besteht darin, einen Weg zu finden, die codierten Informationen genau in die Cyberdomäne zu übersetzen. Das IoBNT befindet sich noch im theoretischen Forschungsstadium.
Diese neuen Möglichkeiten sind Erweiterungen und keine Konkurrenten des IoT. Einige potenzielle Anwendungen umfassen körpereigene Netzwerke, die Blut-, Krankheits- und Atemtests in Echtzeit überwachen. An öffentlichen Orten könnten Nanosensoren eingesetzt werden, um die Verbreitung von Viren und Krankheiten zu überwachen. Darüber hinaus könnten diese Nanodinger leicht an tragbare Gesundheits- und Umwelt-Tracker angeschlossen werden.
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Während die Ergänzung des IoT um Nanotechnologie und Biotechnologie wahrscheinlich viel mehr Kontrolle über ansonsten unvorhersehbare oder unkontrollierbare Teile unseres Lebens bieten wird, sollten die Sicherheitsrisiken niemals heruntergespielt werden. Es muss noch mehr Forschung betrieben werden, um die Sicherheit der Nanotechnologie zu bewerten, ganz zu schweigen von der Verbindung dieser Geräte. Das Hinzufügen von Netzwerken zur Nanotechnologie, insbesondere wenn sie in einen Menschen eingebettet sind, birgt nicht nur ein erhebliches Risiko für Fehlfunktionen, sondern auch für Hacker. Eines der vier Ziele des NNI ist es, eine verantwortungsvolle Entwicklung der Nanotechnologie unterstützen ; Es ist wichtig, dass die Möglichkeit der vernetzten Nanotechnologie entweder als Teil dieses Ziels oder in einem separaten Teil betrachtet wird.
Es ist wahrscheinlich, dass das IoT die Art und Weise, wie wir mit unserer Umgebung und uns selbst interagieren und sie verstehen, langsam aber sicher weiterentwickeln wird. Die Hinzufügung der Nanotechnologie wird die Lücken des IoT schließen und uns ein umfassenderes Verständnis und eine bessere Kontrolle der Realität ermöglichen. Diese radikalen Veränderungen sind wahrscheinlich in weiter Ferne, aber es ist sicherlich interessant, darüber nachzudenken, was möglich ist. Es ist auch wichtig, die rechtlichen und ethischen Auswirkungen dieses Weges zu verstehen, bevor wir uns dazu verpflichten.
Elsie Bjarnason hat zu diesem Beitrag beigetragen.