Nanotekniken har trots sin storlek ett stort industriellt genomslag
Nanoteknikens framväxande område har länge betraktats som obskyrt, om inte till och med lite skrämmande. Nanotekniken bevisar dock sin potential inom olika sektorer, vilket får företag att fundera på hur deras organisation skulle kunna dra nytta av minikroppiga maskiner och material. Här är sex områden där nanotekniken redan har visat sig vara enormt lovande.
1) Nanomedicin
Med hjälp av bärarsystem i nanoskala kan läkemedel levereras på ett mycket mer målinriktat och effektivt sätt. Nanomedicin kombinerar kemiska och mekaniska egenskaper för att hjälpa patienter och utövare och försöker tillverka läkemedel som når det avsedda området mycket snabbare än traditionella injektioner eller piller. Till skillnad från befintliga läkemedel kan nanopartiklar passera vissa biologiska barriärer i kroppen.
Men trots otaliga studier är nanomedicin fortfarande till stor del teoretisk. För närvarande har majoriteten av arbetet med nanomedicin begränsats till kliniska prövningar och har ännu inte slagit igenom inom den vanliga sjukvården. Enligt en rapport från Transparency Market Research beräknas den globala marknaden för nanomedicin ändå nå 177,6 miljarder dollar i slutet av året. Framtida användningsområden kan omfatta behandlingar av olika sjukdomar som Alzheimers, cancer och diabetes, samt behandling av antimikrobiell resistens och nanoteknisk vävnad.
2) Tillverkning
En stor del av diskussionen kring nanoteknik handlar om hur den kan användas inom tillverkningen. Att utföra processer i nanoskala minskar kostnaderna, ökar effektiviteten och förbättrar materialkvaliteten. ArcelorMital tillverkar till exempel stål med inbäddade nanopartiklar som gör det möjligt att tillverka lättare, tunnare men starkare balkar och plattor. MesoCoat har utvecklat en nanokompositbeläggning kallad CermaClad för rör inom oljeindustrin för att ge motståndskraft mot korrosion. Beläggningen kan appliceras vid en lägre temperatur och snabbare hastighet än konventionella metoder, vilket leder till minskade kostnader och billigare rör.
En annan intressant nanoinnovation inom tillverkningen är diamantspetsar i nanoskala. I samarbete med forskare vid University of Illinois och University of Pennsylvania har Advanced Diamond Technologies skapat en ny typ av nanospets för termisk bearbetning helt i diamant. Det låter överdrivet, men låt oss inte glömma att diamantspetsarna är 10 nm i diameter…
3) Energi
En av de viktigaste energibranscherna där nanoteknik anses ha särskild potential är solenergi. I nanotekniska solceller underlättar mindre partiklar och material med olika molekylstrukturer en högre energiupptagning. Tyvärr misslyckades NanoSolars ansträngningar att föra ut nanosolceller på marknaden, och företaget tvingades lägga ner 2013. På senare år har solenergi fått förnyat intresse. Det finns nu en lång lista över solcellsföretag som skulle kunna utnyttja nanoteknik i sina produkter.
Bortsett från solenergi tillämpas nanoteknik i litiumjonbatterier. Candace Chan, ingenjörsprofessor vid Arizona State University, har utvecklat en metod för att göra batterier säkrare genom att ersätta den brännbara vätskan i dem med fasta, litiumledande keramiska nanomaterial. En bredare användning av nanomaterial i byggandet kan också förbättra effektiviteten i både belysning och uppvärmning, eftersom nanopartiklar är mycket bättre på att absorbera.
4) Elektronik
I en värld som domineras av data är det viktigt att hantera information snabbt och i stor skala. Lyckligtvis kan nanoteknik när det gäller elektronik leverera de mindre, snabbare och kraftfullare chip som behövs för att möta kraven på stora datamängder. Med hjälp av kolnanorör har nanoteknikföretaget Nantero utvecklat ett NRAM-minneschip (Nanotube Based Nonvolatile Random Access Memory) för att ersätta Flash-minneschip med hög densitet.
Intel var också snabb med att inse fördelarna med elektronik som drivs av nanoteknik. År 2014 lanserade företaget den första 14nm-processorn för tunna, fläktlösa datorer. Core M-chippet var 50 procent mindre och 30 procent tunnare än sin föregångare, och ytterligare planer presenterades snabbt för en 10nm-version. År 2015 avslöjade sedan ett konsortium lett av Intels konkurrent IBM ett 7nm-testchip. Chippet är resultatet av ett fem år långt forskningsprojekt på 3 miljarder dollar. Tack vare nanotekniken lever Moores lag med andra ord vidare.
5) Mat
Nanotekniken bidrar till att lösa det globala problemet med matsvinn genom att göra livsmedel och livsmedelsförpackningar mer hållbara och motståndskraftiga mot bakterier. Om maten håller längre kommer färre livsmedel att slängas av konsumenterna eller kasseras av stormarknaderna. Nanokompositer av lera används till exempel i flaskor, kartonger och förpackningsfilmer för att ge en ogenomtränglig barriär för gaser som syre eller koldioxid. Behållare har försetts med silvernanopartiklar för att döda bakterier, och nanosensorer håller på att utvecklas för att upptäcka bakterier och andra föroreningar som salmonella vid förpackningsfabriker.
I odlingsstadiet kan nätverk av nanosensorer och dispenser användas över hela gårdar och fält för att känna igen när en växt behöver näring eller vatten. Dispenserarna kan sedan släppa ut gödningsmedel, näringsämnen eller vatten efter behov innan växten visar tecken på brist. Nanopesticider skulle kunna minska den kemiska påverkan på växter genom att de aktiveras först när de tas upp av en insekt.
6) Smarta städer
Alla ovanstående exempel visar varför nanoteknik kommer att vara avgörande för att bygga upp infrastrukturer för smarta städer. Smarta städer skapar en monumental mängd data som måste överföras mellan och inom nätverk. Nanoaktiverad millimetervågsteknik som Teraphysics mmLink är ett exempel på hur nanoteknik kan göra detta mycket enklare genom att data transporteras utan stödjande infrastruktur. Under 2017 lanserade Teraphysics en crowdfundingkampanj och företaget har också inlett samtal med stora trådlösa operatörer. Företagets slutgiltiga mål är att använda det nanoaktiverade nätverket för att tillhandahålla en ryggrad för införandet av 5G.
Andra tillämpningar inkluderar användning av nanomaterial i kraftverk, vattenreningsanläggningar och väginfrastruktur, samt installation av nanosensorer för att övervaka luftföroreningsnivåerna och andra miljömätningar.
Ett litet steg…
Nanoteknik handlar inte bara om små, autonoma robotar. Sektormässigt sticker sjukvården ut som den mest entusiastiska anhängaren. Nya tillämpningar inom energi, särskilt när det gäller solenergi, har bidragit till att väcka företagens intresse för nanoteknik. Och när smarta städer går från teori till verklighet kan nanoteknik ge svar på datadilemman. Dessutom bidrar nanotekniken redan till mer hållbara miljöer. Nanotekniken har lämnat science fiction-sidorna och utgör en möjlighet för i princip alla branscher.