Нанотехнологии только начали появляться в нашей жизни, но уже понятно, что они могут кардинально изменить многие отрасли. Изменится наше представление о возможностях медицины, контроле за состоянием инфраструктуры, ремонте различных объектов, хранении и анализе больших данных, а также о выработке энергии.

За последние 70 лет наша жизнь кардинально переменилась благодаря двум изобретениям: электронный транзистор и микрочип сделали возможным развитие современной электроники, а сами они с 1940-х становятся все меньше и меньше в размерах. Сегодня один чип может содержать 5 млрд транзисторов. Если бы машиностроение развивалось в том же темпе, мы могли бы сейчас ездить на скорости 482 803 км/ч, а автомобиль стоил бы не больше $4−5.

Но чтобы и дальше двигаться в этом направлении, нам нужно создавать схемы в чрезвычайно малом, наномасштабе. Нанометр — это одна миллиардная метра; работа с наночастицами предполагает манипулирование отдельными атомами.

Производить работающие наноустройства — действительно сложная задача. Свойства материи, такие как температура плавления, способность проводить электричество и реакция на химические препараты, меняются на наноуровне, и уменьшение устройства может повлиять на его производительность. Однако если человечеству удастся освоить эту технологию, мы совершим не просто прорыв в области электроники, но и в целом изменим современное течение жизни.

1. Врач внутри тела

Ин­ду­стрия фит­нес-тре­ке­ров дает нам воз­мож­ность сле­дить за со­сто­я­ни­ем здо­ро­вья, про­сто раз­ме­стив на теле несколь­ко га­д­же­тов. Уже сей­час су­ще­ству­ет про­то­тип элек­трон­ной та­ту­и­ров­ки, ко­то­рая может кон­тро­ли­ро­вать жиз­нен­но важ­ные функ­ции ор­га­низ­ма.

Если пе­ре­ве­сти эту тех­но­ло­гию на на­но­уро­вень, мы могли бы пойти даль­ше и им­план­ти­ро­вать или вво­дить шпри­цем кро­шеч­ные дат­чи­ки внутрь тела. Это поз­во­ли­ло бы со­би­рать го­раз­до более де­таль­ную ин­фор­ма­цию о со­сто­я­нии ор­га­низ­ма без ка­ких-ли­бо хло­пот для па­ци­ен­та, а врач смо­жет мак­си­маль­но пер­со­на­ли­зи­ро­вать курс ле­че­ния.

Воз­мож­но­сти без­гра­нич­ны: от на­блю­де­ния за вос­па­ли­тель­ны­ми про­цес­са­ми и ходом вос­ста­нов­ле­ния после опе­ра­ции до вме­ша­тель­ства в ра­бо­ту ор­га­низ­ма и кон­тро­ля за опре­де­лен­ны­ми функ­ци­я­ми внут­рен­них ор­га­нов.

Хотя все это ка­жет­ся делом от­да­лен­но­го бу­ду­ще­го, ком­па­нии-ги­ган­ты в об­ла­сти здра­во­охра­не­ния, такие как GlaxoSmithKline, уже ак­тив­но раз­ра­ба­ты­ва­ют так на­зы­ва­е­мые элек­трон­ные ле­кар­ства.

2. Датчики повсюду

Сен­со­ры можно зна­чи­тель­но умень­шить в раз­ме­рах и по­вы­сить эф­фек­тив­ность с по­мо­щью недав­но изоб­ре­тен­ных на­но­ма­те­ри­а­лов и новых тех­но­ло­гий про­из­вод­ства. Так, дат­чи­ки с мно­же­ством по­лез­ных функ­ций сей­час можно на­пе­ча­тать в любом ко­ли­че­стве на гиб­ком пла­сти­ко­вом ру­лоне по срав­ни­тель­но неболь­шой цене. Это дает воз­мож­ность раз­ме­щать сен­со­ры прак­ти­че­ски на любых важ­ных ин­фра­струк­тур­ных объ­ек­тах — на мо­стах, са­мо­ле­тах, даже АЭС, — чтобы сле­дить за их ис­прав­ной ра­бо­той.

3. Самовосстанавливающиеся структуры

На­но­тех­но­ло­гии могут быть осо­бен­но по­лез­ны­ми при ра­бо­те с теми объ­ек­та­ми, где часто по­яв­ля­ют­ся раз­лич­но­го рода тре­щи­ны. Из­ме­не­ние самой струк­ту­ры ма­те­ри­а­лов на на­но­уровне при­даст им новые свой­ства, на­при­мер, гид­ро­фоб­ность.

В бу­ду­щем по­кры­тия и до­бав­ки, со­здан­ные с по­мо­щью на­но­тех­но­ло­гий, смо­гут даже чи­нить по­вре­жде­ния. На­при­мер, если рас­се­ять на­но­ча­сти­цы по всей по­верх­но­сти ма­те­ри­а­ла, они будут ми­гри­ро­вать, пока не за­пол­нят все тре­щи­ны. Это могло бы при­го­дить­ся везде — от са­мо­ле­то­стро­е­ния до мик­ро­элек­тро­ни­ки.

4. Обработка больших данных

Новые дат­чи­ки будут про­из­во­дить огром­ное ко­ли­че­ство ин­фор­ма­ции, боль­ше, чем ко­гда-ли­бо в ис­то­рии че­ло­ве­че­ства. По­это­му мы остро нуж­да­ем­ся в тех­но­ло­ги­ях ее об­ра­бот­ки и про­гно­зи­ро­ва­ния воз­мож­ных про­блем. Это ка­са­ет­ся и дан­ных с дат­чи­ков дви­же­ния, ко­то­рые могли бы по­мочь нам ре­гу­ли­ро­вать проб­ки и предот­вра­щать ава­рии и пре­ступ­ле­ния. Мы смо­жем ис­поль­зо­вать ста­ти­сти­ку, чтобы более эф­фек­тив­но управ­лять по­ли­цей­ски­ми ре­сур­са­ми.

В дан­ном слу­чае на­но­тех­но­ло­гии по­мо­га­ют со­здать сверх­плот­ные но­си­те­ли для хра­не­ния этих дан­ных. К тому же с их по­мо­щью можно спро­ек­ти­ро­вать уль­т­ра-эф­фек­тив­ные ал­го­рит­мы об­ра­бот­ки, ко­ди­ро­ва­ния и пе­ре­да­чи дан­ных без ущер­ба без­опас­но­сти.

В при­ро­де есть при­ме­ры про­цес­сов об­ра­бот­ки боль­ших дан­ных кро­шеч­ны­ми струк­ту­ра­ми: глаз или ухо вос­при­ни­ма­ют внеш­ние сиг­на­лы и успеш­но транс­фор­ми­ру­ют их в ин­фор­ма­цию, ко­то­рую спо­со­бен вос­при­нять наш мозг.

Ком­пью­тер­ная ар­хи­тек­ту­ра, со­здан­ная по об­ра­зу и по­до­бию че­ло­ве­че­ско­го мозга, будет го­раз­до эф­фек­тив­нее ис­поль­зо­вать энер­гию и таким об­ра­зом бо­роть­ся с из­быт­ком тепла — а это одна из клю­че­вых про­блем, воз­ни­ка­ю­щих при по­пыт­ке умень­шить элек­трон­ные устрой­ства.

5. Борьба с изменением климата

Кли­ма­ти­че­ские из­ме­не­ния под­тал­ки­ва­ют нас к по­ис­ку новых спо­со­бов про­из­вод­ства и ис­поль­зо­ва­ния элек­тро­энер­гии, и на­но­тех­но­ло­гии в этом во­про­се иг­ра­ют зна­чи­тель­ную роль. Так, уче­ным уда­лось со­здать ав­то­мо­биль­ные ак­ку­му­ля­то­ры, ко­то­рые по­мо­га­ют элек­тро­ка­рам со­хра­нять боль­ше энер­гии. С по­мо­щью на­но­тех­но­ло­гий были со­зда­ны более мощ­ные сол­неч­ные па­не­ли.

В обоих слу­ча­ях были при­ме­не­ны ме­то­ды на­струк­ту­ри­ро­ва­ния и на­но­ма­те­ри­а­лы (на­при­мер, на­но­про­во­ло­ки и уг­ле­род­ные на­но­труб­ки), ко­то­рые пе­ре­во­дят плос­кость в трех­мер­ное из­ме­ре­ние. Это уве­ли­чи­ва­ет пло­щадь по­кры­тия, а зна­чит, по­яв­ля­ет­ся боль­ше про­стран­ства для хра­не­ния и про­из­вод­ства энер­гии, так что устрой­ства функ­ци­о­ни­ру­ют эф­фек­тив­нее.

В бу­ду­щем с по­мо­щью на­но­тех­но­ло­гий мы смо­жем за­ста­вить любые объ­ек­ты со­би­рать энер­гию из окру­жа­ю­щей среды. По­яв­ля­ют­ся всё новые на­но­ма­те­ри­а­лы и их кон­цеп­ты, поз­во­ля­ю­щие до­бы­вать энер­гию из дви­же­ния, света, пе­ре­па­да тем­пе­ра­ту­ры, глю­ко­зы и дру­гих ис­точ­ни­ков с вы­со­ким ко­эф­фи­ци­ен­том пре­об­ра­зо­ва­ния.