納米技術(shù)系列：物聯(lián)網(wǎng)的下一個(gè)大事件竟來自極小之處

 目前，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)以及互聯(lián)設(shè)備和傳感器已快速滲透到了人們工作和生活的方方面面。這些技術(shù)發(fā)展神速——不過暫且打住，現(xiàn)在我們?cè)撜J(rèn)識(shí)一下納米物聯(lián)網(wǎng)(IoNT)了。總體而言，它的概念與物聯(lián)網(wǎng)相同，但卻存在于極微小的尺度上——僅相當(dāng)于毛囊的1/80,000。

對(duì)，這就是一納米的長(zhǎng)度。換言之，一英寸等于25,400,000納米，人類DNA螺旋體的直徑約為2.5納米。

那么納米技術(shù)是什么?納米物聯(lián)網(wǎng)又是什么?

對(duì)于納米技術(shù)，你或許已經(jīng)并不陌生，但這里還是有必要簡(jiǎn)要介紹一下。Nano.gov對(duì)納米技術(shù)的定義是：在納米級(jí)(1至100納米范圍)開展的科學(xué)、工程和技術(shù)研究。雖然有些資料稱納米材料很早就在人類文明中得到應(yīng)用，但大多數(shù)人都將這一概念的誕生歸功于物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)——1959年，他提出了操控單個(gè)原子和分子的設(shè)想。1974年，谷口紀(jì)男(Norio Taniguchi)教授首創(chuàng)“納米技術(shù)”一詞。1981年，格爾德·賓寧(Gerd Binnig)和海因里希·羅雷爾(Heinrich Rohrer)發(fā)明了掃描隧道顯微鏡，這種顯微鏡可以觀察原子級(jí)表面，真正的納米級(jí)實(shí)驗(yàn)就此拉開序幕。

時(shí)間快進(jìn)到2010年，即“物聯(lián)網(wǎng)”概念問世的十一年后。佐治亞理工學(xué)院的研究人員使用“納米物聯(lián)網(wǎng)”的說法來描述一種新的網(wǎng)絡(luò)范式，即“納米級(jí)設(shè)備與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、乃至最終與互聯(lián)網(wǎng)的交互聯(lián)接”。

2013年發(fā)布的報(bào)告《實(shí)現(xiàn)納米物聯(lián)網(wǎng)：挑戰(zhàn)、解決方案和應(yīng)用》探討了納米傳感器嵌入物體和設(shè)備將如何為物聯(lián)網(wǎng)增添新的維度。撰寫該報(bào)告的研究人員闡述了通過納米網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的微型傳感器有望如何“從物體內(nèi)部以及難以觸及的區(qū)域獲得細(xì)粒度的數(shù)據(jù)”。他們還舉出一些例子，如采集心電圖和其他重要信號(hào)的體表納米傳感器，或采集病原體和過敏原數(shù)據(jù)的環(huán)境納米傳感器。研究人員認(rèn)為，結(jié)合運(yùn)用這兩種傳感器能夠更便捷、更精確地診斷和監(jiān)測(cè)患者的病情。

時(shí)間再次快進(jìn)到2016年，“納米傳感器和納米物聯(lián)網(wǎng)”入選世界經(jīng)濟(jì)論壇新興科技跨平臺(tái)委員會(huì)(World Economic Forum’s Meta-Council on Emerging Technologies)評(píng)出的年度十大“技術(shù)創(chuàng)新”。世界經(jīng)濟(jì)論壇認(rèn)為，“科學(xué)家正將傳感器的尺寸從毫米或微米縮小到納米級(jí)，這將讓傳感器小到足以在生物體內(nèi)循環(huán)，或者直接混入建筑材料。這意味著納米物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建邁出了至關(guān)重要的第一步，這項(xiàng)技術(shù)將引領(lǐng)醫(yī)療、能源效率和其他許多領(lǐng)域進(jìn)入一個(gè)全新境界。”

在《科學(xué)美國(guó)人》的一篇相關(guān)文章中，作者Javier Garcia-Martinez寫道：“納米傳感器非常小，因此可以從數(shù)百萬個(gè)不同的點(diǎn)采集信息。隨后，外部設(shè)備可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，生成極其詳細(xì)的圖像，從而顯示光、振動(dòng)、電流、磁場(chǎng)、化學(xué)濃度和其他環(huán)境因素最細(xì)微的變化。”

市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Technavio公司在其《2016年全球納米物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)(2016-2020)》報(bào)告中表示：“全球納米物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)仍處于起步階段。”Technavio研究分析師認(rèn)為，該市場(chǎng)將在未來幾年迅猛增長(zhǎng)，到2020年將增長(zhǎng)24%。該研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)：醫(yī)療、制造、運(yùn)輸與物流，以及能源與公用事業(yè)等領(lǐng)域?qū)?duì)納米物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)進(jìn)行大力投資。Technavio報(bào)告顯示，納米物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的前景尤為廣闊，目前已占有40%的市場(chǎng)份額。

前文提及的世界經(jīng)濟(jì)論壇報(bào)告顯示，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，世界經(jīng)濟(jì)論壇提到：“技術(shù)障礙便是如何整合所有必需的組件來打造一種自供電納米設(shè)備，用以檢測(cè)變化并向網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)。”和物聯(lián)網(wǎng)一樣，隱私和安全也是需要考慮的問題，尤其是對(duì)于嵌入體內(nèi)的設(shè)備。

為了更深入地了解納米物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀，PTC“產(chǎn)品生命周期報(bào)告”欄目與三位在研究中使用納米技術(shù)和納米級(jí)材料的大學(xué)教授進(jìn)行了探討。在本系列的四篇文章中，你會(huì)看到一些研究正在設(shè)法解決世界經(jīng)濟(jì)論壇提及的自供電納米設(shè)備技術(shù)障礙——該設(shè)備應(yīng)用在一款即將準(zhǔn)備上市的產(chǎn)品中，而另外一些研究則仍處于純粹的學(xué)術(shù)研究階段。以下對(duì)這些研究進(jìn)行了簡(jiǎn)要概括：

· 佐治亞理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了能夠從環(huán)境中收集能量的自供電納米技術(shù)設(shè)備，并將有望在未來兩三年內(nèi)推出商用非醫(yī)療產(chǎn)品。

· 馬薩諸塞大學(xué)洛厄爾分校的研究人員正在針對(duì)電磁屏蔽、隱身、抗微生物、超疏水和疏冰等應(yīng)用領(lǐng)域，研究納米產(chǎn)品的制造工藝。他們已經(jīng)與政府機(jī)構(gòu)和私營(yíng)企業(yè)開展了合作，以便將各種應(yīng)用方案推向市場(chǎng)。

· 與此同時(shí)，在位于波士頓的東北大學(xué)，研究人員正在研究用于分析物檢測(cè)的熒光納米傳感器。不久的將來，這項(xiàng)研究將使個(gè)性化醫(yī)療成為現(xiàn)實(shí)。