Koostaan huolimatta nanoteknologialla on teollista vaikutusta
Nanoteknologian kehittyvää alaa on pitkään pidetty hämäränä, ellei jopa hieman pelottavana. Nanoteknologia on kuitenkin osoittamassa potentiaaliaan eri aloilla, mikä saa yritykset miettimään, miten niiden organisaatio voisi hyötyä minikokoisista koneista ja materiaaleista. Seuraavassa on kuusi alaa, joilla nanoteknologia on jo osoittanut jättiläismäisiä lupauksia.
1) Nanolääketiede
Nanokokoisten kantajajärjestelmien avulla lääkkeitä voidaan toimittaa paljon kohdennetummin ja tehokkaammin. Nanolääketieteessä yhdistyvät kemialliset ja mekaaniset ominaisuudet potilaiden ja lääkäreiden avuksi, ja siinä pyritään valmistamaan lääkkeitä, jotka saavuttavat aiotun alueen paljon nopeammin kuin perinteiset injektiot tai pillerit. Toisin kuin nykyiset lääkkeet, nanohiukkaset voivat ylittää tietyt biologiset esteet elimistössä.
Lukemattomista tutkimuksista huolimatta nanolääketiede on kuitenkin edelleen pitkälti teoreettista. Tällä hetkellä suurin osa nanolääketieteen parissa tehdystä työstä on rajoittunut kliinisiin tutkimuksiin, eikä se ole vielä murtautunut terveydenhuollon valtavirtaan. Siitä huolimatta Transparency Market Researchin julkaiseman raportin mukaan nanomedisiinan maailmanlaajuisten markkinoiden ennustetaan nousevan vuoden loppuun mennessä 177,6 miljardiin dollariin. Tulevaisuuden käyttökohteisiin voisivat kuulua hoitoja erilaisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin, syöpään ja diabetekseen, sekä mikrobilääkeresistenssin ja nanotekniikalla valmistettujen kudosten torjunta.
2) Tuotantotekniikka
Nanoteknologian ympärillä käydään paljon keskustelua siitä, miten nanoteknologiaa voidaan käyttää teollisuudessa. Prosessien toteuttaminen nanokokoluokassa vähentää kustannuksia, parantaa tehokkuutta ja parantaa materiaalien laatua. Esimerkiksi ArcelorMital tuottaa nanohiukkasiin upotettua terästä, jonka avulla se voi valmistaa kevyempiä, ohuempia mutta vahvempia palkkeja ja levyjä. MesoCoat on kehittänyt nanokomposiittipinnoitteen nimeltä CermaClad öljyteollisuuden putkia varten korroosionkestäväksi. Pinnoite voidaan levittää alhaisemmassa lämpötilassa ja nopeammin kuin perinteisillä menetelmillä, mikä johtaa kustannusten alenemiseen ja halvempiin putkiin.
Toinen mielenkiintoinen nanoinnovaatio valmistuksessa ovat nanokokoiset timanttikärjet. Advanced Diamond Technologies on yhteistyössä Illinoisin yliopiston ja Pennsylvanian yliopiston tutkijoiden kanssa luonut uudenlaisen, kokonaan timantista valmistetun nanokärjen lämpökäsittelyyn. Kuulostaa liioitellulta, mutta ei unohdeta, että timanttikärjen halkaisija on 10 nm…
3) Energia
Yksi tärkeimmistä energia-aloista, jossa nanoteknologialla katsotaan olevan erityisiä mahdollisuuksia, on aurinkoenergia. Nanotekniikalla valmistetuissa aurinkokennoissa pienemmät hiukkaset ja materiaalit, joilla on erilainen molekyylirakenne, helpottavat suurempaa energian absorptiota. Valitettavasti NanoSolarin pyrkimykset tuoda nanoaurinkokennoja markkinoille epäonnistuivat, ja yritys joutui lopettamaan toimintansa vuonna 2013. Viime vuosina aurinkoenergia on herättänyt uudelleen kiinnostusta. Nyt on olemassa pitkä lista aurinkoenergia-alan yrityksiä, jotka voisivat hyödyntää nanoteknologiaa tuotteissaan.
Aurinkoenergian lisäksi nanoteknologiaa sovelletaan litiumioniakkuihin. Arizonan valtionyliopiston insinööriprofessori Candace Chan on kehittänyt menetelmän, jolla akuista voidaan tehdä turvallisempia korvaamalla niissä oleva syttyvä neste kiinteillä, litiumia johtavilla keraamisilla nanomateriaaleilla. Nanomateriaalien laajempi käyttö rakentamisessa voi myös parantaa sekä valaistuksen että lämmityksen tehokkuutta, sillä nanohiukkaset absorboivat paljon paremmin.
4) Elektroniikka
Datan hallitsemassa maailmassa on elintärkeää käsitellä tietoa nopeasti ja laajassa mittakaavassa. Onneksi elektroniikan alalla nanoteknologia voi tuottaa pienempiä, nopeampia ja tehokkaampia siruja, joita tarvitaan suurten datavaatimusten täyttämiseksi. Nanotekniikkayhtiö Nantero kehitti hiilinanoputkien avulla NRAM-muistisirun (Nanotube Based Nonvolatile Random Access Memory, Nanoputkiin perustuva haihtumaton satunnaiskäyttömuisti), joka korvaa suuritiheyksiset Flash-muistisirut.
Myös Intel tunnisti nopeasti nanotekniikalla toimivan elektroniikan edut. Vuonna 2014 yhtiö toi markkinoille ensimmäisen 14 nm:n prosessorin ohuisiin, tuulettimettomiin tietokoneisiin. Core M -järjestelmäpiiri oli 50 prosenttia pienempi ja 30 prosenttia ohuempi kuin edeltäjänsä, ja nopeasti esiteltiin jatkosuunnitelmat 10 nm:n versiosta. Vuonna 2015 Intelin kilpailijan IBM:n johtama konsortio paljasti 7 nm:n testisirun. Siru on viiden vuoden mittaisen, 3 miljardin dollarin tutkimusprojektin tulos. Toisin sanoen, nanoteknologian ansiosta Mooren laki elää.
5) Elintarvikkeet
Nanoteknologia auttaa ratkaisemaan maailmanlaajuisen ruokahävikkiongelman tekemällä elintarvikkeista ja elintarvikepakkauksista kestävämpiä ja bakteerinkestävämpiä. Jos ruoka säilyy pidempään, kuluttajat heittävät vähemmän pois tai supermarketit hylkäävät vähemmän. Esimerkiksi saven nanokomposiitteja käytetään pulloissa, kartongeissa ja pakkauskalvoissa, jotka muodostavat läpäisemättömän esteen kaasuille, kuten hapelle tai hiilidioksidille. Säiliöihin on upotettu hopean nanohiukkasia tappamaan bakteereja, ja nanosensoreita kehitetään bakteerien ja muiden saastuttajien, kuten salmonellan, havaitsemiseksi pakkaustehtaissa.
Viljelyvaiheessa nanosensoreiden ja -annostelijoiden verkostoja voidaan käyttää eri puolilla maatiloja ja peltoja tunnistamaan, milloin kasvi tarvitsee ravinteita tai vettä. Annostelijat voivat sitten vapauttaa lannoitteita, ravinteita tai vettä tarpeen mukaan ennen kuin kasvi osoittaa puutteen merkkejä. Nanotorjunta-aineet voisivat vähentää kemiallista vaikutusta kasveihin aktivoitumalla vasta, kun hyönteinen nielee ne.
6) Älykkäät kaupungit
Kaikki edellä mainitut esimerkit osoittavat, miksi nanoteknologia on tärkeä väline älykkäiden kaupunki-infrastruktuurien rakentamisessa. Älykkäät kaupungit luovat monumentaalisen määrän dataa, joka on siirrettävä verkkojen välillä ja niiden sisällä. Teraphysicsin mmLink-teknologian kaltainen nanoteknologiaa hyödyntävä millimetriaaltoteknologia on yksi esimerkki siitä, miten nanoteknologia voi tehdä tästä paljon helpompaa siirtämällä dataa ilman tukevaa infrastruktuuria. Vuonna 2017 Teraphysics käynnisti joukkorahoituskampanjan, ja se on myös aloittanut neuvottelut suurten langattomien operaattoreiden kanssa. Yrityksen perimmäisenä tavoitteena on käyttää nanoteknologiaa hyödyntävää verkkoa 5G:n käyttöönoton selkärankana.
Muita sovelluksia ovat muun muassa nanomateriaalien käyttö voimalaitoksissa, vedenpuhdistuslaitoksissa ja tieinfrastruktuurissa sekä nanosensoreiden asentaminen ilmansaasteiden tasojen ja muiden ympäristömittareiden tarkkailuun.
Yksi pieneksi askeleeksi…
Nanoteknologia ei ole vain pikkuruisia, autonomisia robotteja. Alakohtaisesti terveydenhuolto erottuu innokkaimpana omaksujana. Viimeaikaiset sovellukset energia-alalla, erityisesti aurinkoenergian osalta, ovat auttaneet herättämään yritysten kiinnostuksen nanoteknologiaa kohtaan. Ja kun älykkäät kaupungit siirtyvät teoriasta todellisuuteen, nanoteknologia voi tarjota vastauksen tieto-ongelmiin. Lisäksi nanoteknologia edistää jo nyt kestävämpien ympäristöjen luomista. Nanoteknologia on siirtynyt tieteiskirjallisuuden sivuja pidemmälle ja tarjoaa mahdollisuuksia lähes kaikille teollisuudenaloille.