09 Oca 2023 (Nanowerk Gündemi) Şeylerin İnternet (IoT), internet üzerinden ilgili verilerin alışverişine izin veren sensörler, işlemciler ve diğer teknolojilerle donatılmış birbirine bağlı fiziksel nesnelerden oluşan bir sistemdir. 1999'da İngiliz teknoloji uzmanı Kevin Ashton terimi icat etti. Şeylerin İnternet sadece insanları değil, etraflarındaki nesneleri de birbirine bağlayan bir ağ tanımlamak. Ashton'a göre, "IoT ağı, insan kültürünün - 'şeylerimiz' - birbirine bağlılığını dijital bilgi sistemimizin - internetin - birbirine bağlılığıyla bütünleştirir." IoT cihazlarının sayısının 75 yılına kadar 2025 milyara ulaşması ve potansiyel olarak yüzlerce zettabayt veri üretmesi bekleniyor. Bu büyüme, bulut bilgi işlem ve Büyük veri analiziBluetooth, Wi-Fi, ZigBee, NFC, LPWA ve 5G gibi iletişim protokollerinin yanı sıra.
Göre tahminleri75'te IoT bağlantılı cihazların sayısı dramatik bir şekilde artarak 2025 milyara ve 125'da 2030 milyara ulaşacak. Bu noktada, dünyadaki her insan için internete bağlı neredeyse 15 şey olacak. (Kaynak: answer.com) Milyarlarca 'aptal' cansız nesne 'akıllı' (yani bağlantılı) hale geldikçe ve her yıl milyarlarcası daha eklendikçe IoT artık her yerde iş başında. RFID etiketleri, ürünü hasattan mağaza rafına kadar takip eder; GPS sistemleri arabaları, gemileri ve uçakları gidecekleri yere yönlendirir; yakınlarda araba olmadığında sokak lambaları loş; akıllı oda kontrolleri, odalar boşken ısıyı, klimayı ve ışıkları kapatır. Endüstriler ve hükümetler artık tüketici ihtiyaçlarını gerçek zamanlı olarak anlamak için IoT'yi kullanıyor; daha duyarlı hale gelmek; üretim süreçlerini ve tüm fabrika verimliliklerini iyileştirmek; toplulukları dönüştürmek akıllı şehirler.
Bir dişe (B) bağlı olan ve radyo sinyalleriyle (C) etkinleştirilen sensör (A), belirli bakterilerle (D) bağlanır. (Çizim: Manu Mannoor) Sensörün yapısı nispeten basittir ve yalnızca üç katmandan oluşur: ince bir altın folyo elektrot tabakası, atom kalınlığında bir grafen tabakası ve özel olarak tasarlanmış peptidlerden oluşan bir katman, kimyasal yapılar " bakterileri hücre zarlarının parçalarına bağlanarak algılarlar. Bu cihazlara güç sağlamak için enerji gerekiyor ve araştırmacılar bunu yapmanın çeşitli yolları üzerinde çalışıyor. Örneğin, IoT uygulamalarında kullanılan tekli güneş pilinin boyutu çok daha küçüktür ve düşük ışıklı iç mekan ortamlarında mevcut olan daha düşük güç girişi ve güneş dışındaki ışık kaynaklarının emisyon spektrumları ile birlikte, ihtiyacı karşılar. yüksek dönüşüm verimliliği için her şeyden önemlidir. Yakın tarihli bir ilerleme raporu, ortaya çıkan iç mekan fotovoltaik teknolojilerini alternatif enerji toplayıcılarla (piezoelektrik, triboelektrik, termoelektrik ve ortam RF) karşılaştırıyor ve bu alana harika bir genel bakış sunuyor (“Sürdürülebilir Nesnelerin İnterneti için Ortaya Çıkan İç Mekan Fotovoltaik Teknolojileri”). Yakın tarihli başka bir incelemenin açıkladığı ve ayrıntılı olarak ele aldığı gibi (Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler, “Organik ve Perovskite Fotovoltaiklerdeki Gelişmeler, Daha Yeşil Bir Nesnelerin İnternetini Sağlıyor”), güneş pillerinin IoT cihazlarına güç sağlamak için karşılaması gereken gereksinimler, genellikle dış mekana yerleştirilmiş güneş panellerinde uygulama için gerekli görülenlerden oldukça farklıdır.
Ağ bağlantısı: Sensörlerin ve cihazların birbirleriyle ve daha geniş internet ile iletişim kurabilmeleri için bir ağa bağlı olmaları gerekir. Bu, bir yerel alan ağı (LAN), internet gibi bir geniş alan ağı (WAN) veya her ikisinin birleşimi olabilir. Nanoyapılar, ağ bağlantısını iyileştirmek için kullanılabilir. Örneğin, grafen, kuantum noktaları ve gümüş nanoteller gibi nanomalzemeler, kablosuz iletişim için gerekli olan daha küçük, daha verimli antenler ve diğer bileşenleri oluşturmak için kullanılabilir. Bu malzemeler yüksek iletkenliğe sahiptir ve sinyalleri uzun mesafelerde minimum kayıpla iletebilir. Genellikle grafenden yapılan nanoantenler, terahertz frekans bandında kablosuz iletişim için kullanılabilir ve karbon nanotüpler kullanan nanosensörlerle birleştirilebilir. Ayrıca, nanoparçacıklar ve nanofilmler gibi nanoyapılar, uydu ve 5G ağlarında kullanılanlar gibi daha verimli ve sağlam kablosuz iletişim sistemleri oluşturmak için kullanılabilir. Köklü nanophotonics teknolojileri, IoT'nin gerektirdiği güvenli kuantum iletişimi ve bilgi ağlarını sağlayacaktır. Örneğin, bir yakın zamanda kanıtlanmış nanoanten kuantum bilgi ağlarını pratik kullanıma yaklaştırmaya yardımcı olacaktır. Burada araştırmacılar, verileri paylaşmak ve işlemek için ileri teknolojilerin geliştirilmesinde önemli bir adım olan metal bir nano yapı aracılığıyla foton-elektron dönüşümünü önemli ölçüde geliştirdiler.
Bir yüzey plazmon anteni ve kuantum noktalarında elektronların uyarılması kullanılarak yarı iletken yanal kuantum noktalarına fotonların verimli şekilde aydınlatılmasının kavramsal illüstrasyonu. (Resim: Oiwa laboratuvarı, Osaka Üniversitesi)
Veri depolama ve işleme: Sensörler ve cihazlar tarafından toplanan verilerin yararlı olabilmesi için bir yerde saklanması ve sıklıkla işlenmesi gerekir. Bu genellikle sunucular ve bulut bilgi işlem kaynakları kullanılarak yapılır. Nanopartiküller ve nanofilmler gibi nanoyapılar, sabit sürücüler ve bellek yongaları gibi daha yoğun, daha verimli depolama ortamları oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar kullanmış yüksek yoğunluklu veri depolama ortamı oluşturmak için nanopartiküller mevcut sabit sürücülerden birkaç kat daha yüksek bir kapasiteye sahip. Ek olarak, nanoelektronik daha hızlı, daha güçlü işlemciler ve diğer bilgi işlem bileşenleri oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar ultra hızlı, düşük güç tüketen işlemciler oluşturmak için kuantum nokta teknolojisinin kullanımını araştırıyorlar. Geleneksel silikon yongalardan kaçınmak ve bunun yerine adı verilen bir üretim tekniği kullanmak transfer baskı, araştırmacılar geliştirdi özellikle IoT cihazlarıyla kullanım için nanoelektronik çıkartmalar. Bu küçük, ince film elektronik devreler bir yüzeyden soyulabilir. Bu teknik yalnızca birkaç üretim adımını ve ilgili maliyetleri ortadan kaldırmakla kalmaz, aynı zamanda herhangi bir nesnenin çevresini algılamasına veya yüksek teknoloji ürünü bir çıkartmanın uygulanmasıyla kontrol edilmesine olanak tanır. Videoyu izle:
Tsukuba Üniversitesi'nden araştırmacılar, taklit edilemeyen benzersiz renk desenlerine sahip milimetre boyutunda çipler yaratıyor. Ek olarak, nanoyapılar, saldırıları önlemeye ve IoT sisteminin genel güvenliğini iyileştirmeye yardımcı olabilecek daha sağlam ve dayanıklı ağ altyapısı oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar, daha güvenli ve verimli şifreleme sistemleri oluşturmak ve parazite ve parazite karşı daha dirençli ağlar oluşturmak için nanomalzemelerin kullanımını araştırıyorlar. Terminoloji açısından, bazıları Nesnelerin İnterneti kavramının ortaya çıkmasına neden olduğunu iddia ediyor. Nano Nesnelerin İnterneti (IoNT), nano ölçekli cihazların mevcut ağlar aracılığıyla birbirine bağlanmasını sağlayan, nanoteknolojiye dayalı bir iletişim ağı paradigması. Başka bir deyişle: IoNT, IoT'den o kadar da farklı değil - bunun dışında nano ölçekli cihazları, nesneleri ve hatta organizmaları birbirine bağlıyor. Bu makalenin amacı doğrultusunda, yalnızca IoT'ye bağlı kalacağız.
Araştırmacılar, silika camda nanoyapılar üretmek için yeni, hızlı ve enerji tasarruflu bir lazer yazma yöntemi geliştirdiler. Yöntemi, 6 GB veriyi bir inçlik bir silika cam örneğine kaydetmek için kullandılar. Resimdeki dört karenin her biri sadece 8.8 X 8.8 mm boyutlarındadır. Üniversite logosunu yazmak ve cama işaretlemek için lazer yazma yöntemini de kullandılar. (Resim: Yuhao Lei ve Peter G. Kazansky, Southampton Üniversitesi)
Geliştirilmiş kablosuz iletişim: Tek katmanlı molibden disülfid (MoS2) veri iletiminin hızını ve aralığını artırarak IoT cihazlarında kablosuz iletişimi geliştirmek için kullanılabilir. Örneğin, Austin'deki Texas Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, GHz performansında çalışan esnek radyo frekansı (RF) transistörleriDüşük güçlü ve yüksek frekanslı esnek RF nanoelektronik sistemlerinin tasarımı için çok umut verici. Başka bir örnek, bir ayarlanabilir, grafen tabanlı cihaz IoT gibi kablosuz iletişim sistemlerinin hızını ve verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Yalnızca birkaç yüz mikrometre (yaklaşık 0.05 cm) uzunluğunda ve genişliğinde olan cihaz sert veya esnek olabilir, kolayca minyatürleştirilir ve çok az enerji kullanır. Bağlı cihazlar arasındaki veri akışını iyileştirmenin yanı sıra, pil ömrünü uzatabilir ve her zamankinden daha kompakt cihazlara yol açabilir. Esnek haliyle, giysilere veya doğrudan insan vücuduna yerleştirilen sensörlerde rahatlıkla kullanılabilir.
Daha fazla dayanıklılık: Nanopartiküller, IoT cihazlarını aşınmaya ve yıpranmaya karşı daha dayanıklı ve dirençli hale getirmek için kullanılabilir. Örneğin, Osaka Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tutarlı giyilebilir elektronikler için devre koruması kendi kendini iyileştiren selüloz nano lifleri kullanarak.
Geliştirilmiş veri güvenliği: Kuantum Kriptografi, iletişim sistemleri için kökten yeni koruma önlemleri sunan, gelişmekte olan bir güvenlik teknolojisidir. Herhangi bir kuantum sisteminin kalbinde, aktarılabilen ve işlenebilen kuantum bilgisini taşıyan en temel yapı taşı olan kuantum biti veya qbit bulunur (bu, mevcut bilgi sistemlerinde kullanılan bitin kuantum analoğudur). Nihayetinde hızlı, uzun mesafeli kuantum bilgi aktarımı için en umut verici taşıyıcı qbit, ışığın kuantum birimi olan fotondur. Araştırmacılar, ortam sıcaklıklarında bir çip üzerinde çalışabilen verimli ve kompakt bir tek foton kaynağı gösterdiler. kullanma kuantum noktaları, bilim adamları bir yöntem geliştirdiler tek bir nanokristal, özel olarak tasarlanmış ve dikkatle imal edilmiş bir nano-antenin üzerine doğru bir şekilde yerleştirilebilir.. Bu tür yüksek yönlü tek foton kaynağı, gelecekteki kuantum teknolojik uygulamaları için kompakt, ucuz ve verimli kuantum bilgi bit kaynaklarının üretilmesinde önemli bir ilerlemeye yol açabilir.
Gelişmiş tıbbi cihazlar: Nanomalzemeler ve yapılar, vücut içinden tıbbi durumları izleyip teşhis edebilen akıllı haplar gibi IoT'de kullanım için gelişmiş tıbbi cihazlar oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, San Diego'daki California Üniversitesi'ndeki mühendislik araştırmacıları bir pilsiz, hap şeklindeki sindirilebilir biyoalgılama sistemi bağırsak ortamında sürekli izleme sağlamak için tasarlanmıştır. Bilim adamlarına bağırsak metabolitlerini gerçek zamanlı olarak izleme yeteneği verir.
Zaman içinde ince bağırsaktaki metabolitleri izlemek için tasarlanmış kendi kendine çalışan sindirilebilir sensör sistemi. (Resim: David Ballot, Jacobs Mühendislik Okulu, UC San Diego)
Geliştirilmiş yenilenebilir enerji: Nanoteknoloji, IoT'de kullanım için güneş panelleri gibi yenilenebilir enerji teknolojilerinin verimliliğini artırmak için kullanılabilir. Örneğin, Los Angeles, California Üniversitesi'ndeki malzeme bilimcileri bir yüksek verimli ince film güneş pili çift katmanlı tasarımı sayesinde güneş ışığından tipik güneş panellerinden daha fazla enerji üretir. Hücrenin yaklaşık 2 mikron kalınlığındaki bakır, indiyum, galyum ve selenid (CIGS) taban tabakası güneş ışığını emer ve kendi başına enerji üretir, ancak 1 mikron kalınlığında Perovskite katman, verimliliğini artırır - tıpkı bir araba motoruna turboşarj eklemenin performansını nasıl artırabileceği gibi. İki katman, araştırmacıların tasarladığı nano ölçekli bir arayüzle birleştirilir; arayüz, cihaza daha yüksek voltaj verilmesine yardımcı olur, bu da dışa aktarabileceği güç miktarını artırır. (Bu konuda daha fazla bilgi için: “Daha yeşil bir Nesnelerin İnterneti için Perovskite fotovoltaikler")
Michael
Berger
-
Michael, Kraliyet Kimya Derneği'nin üç kitabının yazarıdır:
Nano-Toplum: Teknolojinin Sınırlarını Zorlamak,
Nanoteknoloji: Gelecek Küçük, ve
Nano-mühendislik: Teknolojiyi Görünmez Yapan Beceri ve Araçlar
Telif Hakkı ©
Göre tahminleri75'te IoT bağlantılı cihazların sayısı dramatik bir şekilde artarak 2025 milyara ve 125'da 2030 milyara ulaşacak. Bu noktada, dünyadaki her insan için internete bağlı neredeyse 15 şey olacak. (Kaynak: answer.com) Milyarlarca 'aptal' cansız nesne 'akıllı' (yani bağlantılı) hale geldikçe ve her yıl milyarlarcası daha eklendikçe IoT artık her yerde iş başında. RFID etiketleri, ürünü hasattan mağaza rafına kadar takip eder; GPS sistemleri arabaları, gemileri ve uçakları gidecekleri yere yönlendirir; yakınlarda araba olmadığında sokak lambaları loş; akıllı oda kontrolleri, odalar boşken ısıyı, klimayı ve ışıkları kapatır. Endüstriler ve hükümetler artık tüketici ihtiyaçlarını gerçek zamanlı olarak anlamak için IoT'yi kullanıyor; daha duyarlı hale gelmek; üretim süreçlerini ve tüm fabrika verimliliklerini iyileştirmek; toplulukları dönüştürmek akıllı şehirler.
Nanoteknoloji, IoT'nin birkaç temel bileşenini etkileme ve iyileştirme potansiyeline sahiptir.
Nesnelerin İnterneti'nin işleyişi için gerekli olan temel bileşenler arasında sensörler ve cihazlar, ağ bağlantısı, veri depolama ve işleme, kullanıcı arayüzleri ve güvenlik yer alır. Bu unsurların birçok yönü şu şekilde geliştirilebilir: Nanoteknoloji. Bunlar arasında şunlar bulunur: Sensörler ve cihazlar: Bunlar, Nesnelerin İnternetindeki "şeyler"dir ve ortamları hakkında sıcaklık, nem, konum ve hareket gibi verileri toplayabilen sensörlerle donatılmıştır. Nanomalzemeler, sıcaklık, nem, basınç ve kimyasal bileşim dahil olmak üzere çok çeşitli parametreleri tespit edebilen daha küçük, daha hassas sensörler oluşturmak için kullanılabilir. Nanosensörler, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olayları izlemek için çeşitli nanomalzemeler kullanır ve hassasiyet, tepki süresi ve güç tüketimi açısından avantajlara sahip olabilir. Örneğin, karbon nanotüpleri ve grafen gazları ve kirleticileri tespit etmek için oldukça hassas sensörler oluşturmak için kullanılmıştır. Bu yeni sensör türlerinin ve bunların yeni şekillerde nasıl kullanılabileceğinin harika bir örneği, diş hekimlerinin hastaların ağız sağlığını değerlendirmesine yardımcı olabilecek bir 'diş dövmesi' sensörüdür:
Bir dişe (B) bağlı olan ve radyo sinyalleriyle (C) etkinleştirilen sensör (A), belirli bakterilerle (D) bağlanır. (Çizim: Manu Mannoor) Sensörün yapısı nispeten basittir ve yalnızca üç katmandan oluşur: ince bir altın folyo elektrot tabakası, atom kalınlığında bir grafen tabakası ve özel olarak tasarlanmış peptidlerden oluşan bir katman, kimyasal yapılar " bakterileri hücre zarlarının parçalarına bağlanarak algılarlar. Bu cihazlara güç sağlamak için enerji gerekiyor ve araştırmacılar bunu yapmanın çeşitli yolları üzerinde çalışıyor. Örneğin, IoT uygulamalarında kullanılan tekli güneş pilinin boyutu çok daha küçüktür ve düşük ışıklı iç mekan ortamlarında mevcut olan daha düşük güç girişi ve güneş dışındaki ışık kaynaklarının emisyon spektrumları ile birlikte, ihtiyacı karşılar. yüksek dönüşüm verimliliği için her şeyden önemlidir. Yakın tarihli bir ilerleme raporu, ortaya çıkan iç mekan fotovoltaik teknolojilerini alternatif enerji toplayıcılarla (piezoelektrik, triboelektrik, termoelektrik ve ortam RF) karşılaştırıyor ve bu alana harika bir genel bakış sunuyor (“Sürdürülebilir Nesnelerin İnterneti için Ortaya Çıkan İç Mekan Fotovoltaik Teknolojileri”). Yakın tarihli başka bir incelemenin açıkladığı ve ayrıntılı olarak ele aldığı gibi (Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler, “Organik ve Perovskite Fotovoltaiklerdeki Gelişmeler, Daha Yeşil Bir Nesnelerin İnternetini Sağlıyor”), güneş pillerinin IoT cihazlarına güç sağlamak için karşılaması gereken gereksinimler, genellikle dış mekana yerleştirilmiş güneş panellerinde uygulama için gerekli görülenlerden oldukça farklıdır.
Ağ bağlantısı: Sensörlerin ve cihazların birbirleriyle ve daha geniş internet ile iletişim kurabilmeleri için bir ağa bağlı olmaları gerekir. Bu, bir yerel alan ağı (LAN), internet gibi bir geniş alan ağı (WAN) veya her ikisinin birleşimi olabilir. Nanoyapılar, ağ bağlantısını iyileştirmek için kullanılabilir. Örneğin, grafen, kuantum noktaları ve gümüş nanoteller gibi nanomalzemeler, kablosuz iletişim için gerekli olan daha küçük, daha verimli antenler ve diğer bileşenleri oluşturmak için kullanılabilir. Bu malzemeler yüksek iletkenliğe sahiptir ve sinyalleri uzun mesafelerde minimum kayıpla iletebilir. Genellikle grafenden yapılan nanoantenler, terahertz frekans bandında kablosuz iletişim için kullanılabilir ve karbon nanotüpler kullanan nanosensörlerle birleştirilebilir. Ayrıca, nanoparçacıklar ve nanofilmler gibi nanoyapılar, uydu ve 5G ağlarında kullanılanlar gibi daha verimli ve sağlam kablosuz iletişim sistemleri oluşturmak için kullanılabilir. Köklü nanophotonics teknolojileri, IoT'nin gerektirdiği güvenli kuantum iletişimi ve bilgi ağlarını sağlayacaktır. Örneğin, bir yakın zamanda kanıtlanmış nanoanten kuantum bilgi ağlarını pratik kullanıma yaklaştırmaya yardımcı olacaktır. Burada araştırmacılar, verileri paylaşmak ve işlemek için ileri teknolojilerin geliştirilmesinde önemli bir adım olan metal bir nano yapı aracılığıyla foton-elektron dönüşümünü önemli ölçüde geliştirdiler.
Bir yüzey plazmon anteni ve kuantum noktalarında elektronların uyarılması kullanılarak yarı iletken yanal kuantum noktalarına fotonların verimli şekilde aydınlatılmasının kavramsal illüstrasyonu. (Resim: Oiwa laboratuvarı, Osaka Üniversitesi)
Veri depolama ve işleme: Sensörler ve cihazlar tarafından toplanan verilerin yararlı olabilmesi için bir yerde saklanması ve sıklıkla işlenmesi gerekir. Bu genellikle sunucular ve bulut bilgi işlem kaynakları kullanılarak yapılır. Nanopartiküller ve nanofilmler gibi nanoyapılar, sabit sürücüler ve bellek yongaları gibi daha yoğun, daha verimli depolama ortamları oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar kullanmış yüksek yoğunluklu veri depolama ortamı oluşturmak için nanopartiküller mevcut sabit sürücülerden birkaç kat daha yüksek bir kapasiteye sahip. Ek olarak, nanoelektronik daha hızlı, daha güçlü işlemciler ve diğer bilgi işlem bileşenleri oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar ultra hızlı, düşük güç tüketen işlemciler oluşturmak için kuantum nokta teknolojisinin kullanımını araştırıyorlar. Geleneksel silikon yongalardan kaçınmak ve bunun yerine adı verilen bir üretim tekniği kullanmak transfer baskı, araştırmacılar geliştirdi özellikle IoT cihazlarıyla kullanım için nanoelektronik çıkartmalar. Bu küçük, ince film elektronik devreler bir yüzeyden soyulabilir. Bu teknik yalnızca birkaç üretim adımını ve ilgili maliyetleri ortadan kaldırmakla kalmaz, aynı zamanda herhangi bir nesnenin çevresini algılamasına veya yüksek teknoloji ürünü bir çıkartmanın uygulanmasıyla kontrol edilmesine olanak tanır. Videoyu izle:
[Gömülü içerik]
Kullanıcı arayüzleri: İnsanların IoT sistemiyle etkileşimde bulunabilmesi için akıllı telefon uygulaması veya web tabanlı bir pano gibi bir tür kullanıcı arabiriminin olması gerekir. Nanoyapılar, akıllı telefonlar ve tabletler gibi daha küçük, daha taşınabilir cihazlar oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar bükülebilir ve katlanabilir ekranlar oluşturmak için grafen ve gümüş nanoteller gibi esnek nanomalzemelerin kullanımını araştırıyorlar. akıllı kumaşlar hayati belirtileri izlemek ve kullanıcılara gerçek zamanlı bilgi sağlamak için kullanılabilir ve işçi güvenliğini sağlamak için endüstriyel amaçlar için kullanılabilir. Ek olarak, ekranların ve dokunmatik ekranlar, kameralar ve hoparlörler gibi diğer bileşenlerin performansını ve verimliliğini artırmak için nanoyapılar kullanılabilir. Örneğin, daha parlak ve daha verimli görüntüler oluşturmak için nanopartiküller kullanılabilir ve daha güçlü hoparlörler oluşturmak için nanofiberler kullanılabilir. Güvenlik: Bir IoT sisteminin güvenliğini sağlamak, hassas veriler ve kötü niyetli aktörlerin sistemi tehlikeye atma potansiyeli içerdiğinden kritik öneme sahiptir. Nanomalzemeler, biyometrik sensörler ve nano ölçekli güvenlik özellikleri gibi daha güvenli, sahteciliğe karşı kimlik doğrulama sistemleri oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar fiziksel olarak klonlanamayan işlevler için karbon nanotüplerin kullanımı. Başka bir örnek, bir kopyalanamayan spektral parmak izlerine sahip optik mikro rezonatör dizisi çoğaltılamayan optik desenler oluşturmak için. Araştırmacılar, Mona Lisa'nın milimetre boyutunda bir benzerini oluşturmak için teknolojilerini kullandılar (aşağıdaki resme bakın). Bu yaklaşım, kopyalanamayan benzersiz, gömülü bir floresan parmak izi içerir.
Tsukuba Üniversitesi'nden araştırmacılar, taklit edilemeyen benzersiz renk desenlerine sahip milimetre boyutunda çipler yaratıyor. Ek olarak, nanoyapılar, saldırıları önlemeye ve IoT sisteminin genel güvenliğini iyileştirmeye yardımcı olabilecek daha sağlam ve dayanıklı ağ altyapısı oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, araştırmacılar, daha güvenli ve verimli şifreleme sistemleri oluşturmak ve parazite ve parazite karşı daha dirençli ağlar oluşturmak için nanomalzemelerin kullanımını araştırıyorlar. Terminoloji açısından, bazıları Nesnelerin İnterneti kavramının ortaya çıkmasına neden olduğunu iddia ediyor. Nano Nesnelerin İnterneti (IoNT), nano ölçekli cihazların mevcut ağlar aracılığıyla birbirine bağlanmasını sağlayan, nanoteknolojiye dayalı bir iletişim ağı paradigması. Başka bir deyişle: IoNT, IoT'den o kadar da farklı değil - bunun dışında nano ölçekli cihazları, nesneleri ve hatta organizmaları birbirine bağlıyor. Bu makalenin amacı doğrultusunda, yalnızca IoT'ye bağlı kalacağız.
IoT'yi geliştirmek için nanoteknolojinin nasıl kullanıldığına dair spesifik örnekler
Daha uzun ömürlü piller: Nanopartiküller, IoT cihazları için daha verimli ve daha uzun ömürlü piller oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, Maryland Üniversitesi'ndeki makine mühendisleri şunu kanıtladılar: pillerde nanoteknoloji kullanmak pil performansını artıracak. Bu, çok daha uzun pil ömrüne sahip IoT cihazlarına yol açarak sık şarj etme ihtiyacını azaltabilir. Daha hassas ve doğru sensörler: Nanosensörler, çok çeşitli fiziksel, kimyasal ve biyolojik parametreleri algılayabilen inanılmaz derecede küçük sensörlerdir. Giyilebilir spor izleyicileri veya çevresel izleme sistemleri gibi IoT cihazlarının hassasiyetini ve doğruluğunu artırmak için kullanılabilirler. Örneğin, California Üniversitesi, Berkeley'deki araştırmacılar, eser miktarda zehirli gazları tespit edebilen bir nanosensör geliştirdiler ve akıllı telefonunuzu akıllı bir gaz sensörüne dönüştürün. Kendinden güçlü sistemler: Kendi kendine çalışan nanoteknoloji piezoelektrik nanojeneratörlere dayalı, bu sistemlerin çalışması gereken ortamdan toplanan enerjiyi kullanarak nanocihazlara ve nanosistemlere güç sağlamayı amaçlamaktadır. Bu, organik ve inorganik malzemeler kullanılarak mekanik enerjinin toplanması için tamamen yeni bir yaklaşım sunar. Bu nano jeneratörler, harici pillere ihtiyaç duymadan giyilebilir sensörler gibi küçük, hafif IoT cihazlarına güç sağlamak için kullanılabilir. Gelişmiş veri depolama: Nanoyapılar, IoT cihazlarında veri depolamayı iyileştirmek için de kullanılabilir. Örneğin, Southampton Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, üretmek için hızlı ve enerji açısından verimli bir lazer yazma yöntemi geliştirdiler. silika camda yüksek yoğunluklu nanoyapılar. Bu küçük yapılar, Blue-Ray optik disk depolama teknolojisinden 10,000 kat daha yoğun olan uzun vadeli beş boyutlu optik veri depolama için kullanılabilir.
Araştırmacılar, silika camda nanoyapılar üretmek için yeni, hızlı ve enerji tasarruflu bir lazer yazma yöntemi geliştirdiler. Yöntemi, 6 GB veriyi bir inçlik bir silika cam örneğine kaydetmek için kullandılar. Resimdeki dört karenin her biri sadece 8.8 X 8.8 mm boyutlarındadır. Üniversite logosunu yazmak ve cama işaretlemek için lazer yazma yöntemini de kullandılar. (Resim: Yuhao Lei ve Peter G. Kazansky, Southampton Üniversitesi)
Geliştirilmiş kablosuz iletişim: Tek katmanlı molibden disülfid (MoS2) veri iletiminin hızını ve aralığını artırarak IoT cihazlarında kablosuz iletişimi geliştirmek için kullanılabilir. Örneğin, Austin'deki Texas Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, GHz performansında çalışan esnek radyo frekansı (RF) transistörleriDüşük güçlü ve yüksek frekanslı esnek RF nanoelektronik sistemlerinin tasarımı için çok umut verici. Başka bir örnek, bir ayarlanabilir, grafen tabanlı cihaz IoT gibi kablosuz iletişim sistemlerinin hızını ve verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Yalnızca birkaç yüz mikrometre (yaklaşık 0.05 cm) uzunluğunda ve genişliğinde olan cihaz sert veya esnek olabilir, kolayca minyatürleştirilir ve çok az enerji kullanır. Bağlı cihazlar arasındaki veri akışını iyileştirmenin yanı sıra, pil ömrünü uzatabilir ve her zamankinden daha kompakt cihazlara yol açabilir. Esnek haliyle, giysilere veya doğrudan insan vücuduna yerleştirilen sensörlerde rahatlıkla kullanılabilir.
Daha fazla dayanıklılık: Nanopartiküller, IoT cihazlarını aşınmaya ve yıpranmaya karşı daha dayanıklı ve dirençli hale getirmek için kullanılabilir. Örneğin, Osaka Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tutarlı giyilebilir elektronikler için devre koruması kendi kendini iyileştiren selüloz nano lifleri kullanarak.
Geliştirilmiş veri güvenliği: Kuantum Kriptografi, iletişim sistemleri için kökten yeni koruma önlemleri sunan, gelişmekte olan bir güvenlik teknolojisidir. Herhangi bir kuantum sisteminin kalbinde, aktarılabilen ve işlenebilen kuantum bilgisini taşıyan en temel yapı taşı olan kuantum biti veya qbit bulunur (bu, mevcut bilgi sistemlerinde kullanılan bitin kuantum analoğudur). Nihayetinde hızlı, uzun mesafeli kuantum bilgi aktarımı için en umut verici taşıyıcı qbit, ışığın kuantum birimi olan fotondur. Araştırmacılar, ortam sıcaklıklarında bir çip üzerinde çalışabilen verimli ve kompakt bir tek foton kaynağı gösterdiler. kullanma kuantum noktaları, bilim adamları bir yöntem geliştirdiler tek bir nanokristal, özel olarak tasarlanmış ve dikkatle imal edilmiş bir nano-antenin üzerine doğru bir şekilde yerleştirilebilir.. Bu tür yüksek yönlü tek foton kaynağı, gelecekteki kuantum teknolojik uygulamaları için kompakt, ucuz ve verimli kuantum bilgi bit kaynaklarının üretilmesinde önemli bir ilerlemeye yol açabilir.
Gelişmiş tıbbi cihazlar: Nanomalzemeler ve yapılar, vücut içinden tıbbi durumları izleyip teşhis edebilen akıllı haplar gibi IoT'de kullanım için gelişmiş tıbbi cihazlar oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, San Diego'daki California Üniversitesi'ndeki mühendislik araştırmacıları bir pilsiz, hap şeklindeki sindirilebilir biyoalgılama sistemi bağırsak ortamında sürekli izleme sağlamak için tasarlanmıştır. Bilim adamlarına bağırsak metabolitlerini gerçek zamanlı olarak izleme yeteneği verir.
Zaman içinde ince bağırsaktaki metabolitleri izlemek için tasarlanmış kendi kendine çalışan sindirilebilir sensör sistemi. (Resim: David Ballot, Jacobs Mühendislik Okulu, UC San Diego)
Geliştirilmiş yenilenebilir enerji: Nanoteknoloji, IoT'de kullanım için güneş panelleri gibi yenilenebilir enerji teknolojilerinin verimliliğini artırmak için kullanılabilir. Örneğin, Los Angeles, California Üniversitesi'ndeki malzeme bilimcileri bir yüksek verimli ince film güneş pili çift katmanlı tasarımı sayesinde güneş ışığından tipik güneş panellerinden daha fazla enerji üretir. Hücrenin yaklaşık 2 mikron kalınlığındaki bakır, indiyum, galyum ve selenid (CIGS) taban tabakası güneş ışığını emer ve kendi başına enerji üretir, ancak 1 mikron kalınlığında Perovskite katman, verimliliğini artırır - tıpkı bir araba motoruna turboşarj eklemenin performansını nasıl artırabileceği gibi. İki katman, araştırmacıların tasarladığı nano ölçekli bir arayüzle birleştirilir; arayüz, cihaza daha yüksek voltaj verilmesine yardımcı olur, bu da dışa aktarabileceği güç miktarını artırır. (Bu konuda daha fazla bilgi için: “Daha yeşil bir Nesnelerin İnterneti için Perovskite fotovoltaikler")
Sonuç
Sonuç olarak, nanoteknoloji ve Nesnelerin İnterneti kombinasyonu, çok çeşitli uygulamalara önemli faydalar ve iyileştirmeler getirme potansiyeline sahiptir. Nanoteknoloji, daha küçük, daha verimli ve daha çok yönlü sensörler, antenler ve işlemciler oluşturulmasını sağlayarak IoT cihazlarının performansını ve yeteneklerini artırabilir. Bu iyileştirmeler, sağlık hizmetleri, endüstriyel izleme ve çevresel algılama dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda daha fazla doğruluk, enerji verimliliği ve çok yönlülüğe yol açabilir. Bununla birlikte, üretim maliyeti, iletişim ve işleme sınırlamaları ve fiziksel hasar ve girişime duyarlılık dahil olmak üzere IoT'de nanoteknolojiyi kullanmanın zorlukları ve sınırlamaları da vardır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, nanoteknolojinin benzersiz yeteneklerinden yararlanabilen IoT ile ilgili yeni uygulamaları ve teknolojileri keşfetmenin yanı sıra bu sorunları ele almak için stratejiler araştırmaya ve geliştirmeye devam etmek önemli olacaktır. Genel olarak, nanoteknoloji ve IoT'nin kesişimi gelecek için büyük umut vaat ediyor ve bu iki teknolojinin önümüzdeki yıllarda nasıl gelişmeye ve kesişmeye devam ettiğini görmek ilginç olacak. ByMichael
Berger
-
Michael, Kraliyet Kimya Derneği'nin üç kitabının yazarıdır:
Nano-Toplum: Teknolojinin Sınırlarını Zorlamak,
Nanoteknoloji: Gelecek Küçük, ve
Nano-mühendislik: Teknolojiyi Görünmez Yapan Beceri ve Araçlar
Telif Hakkı ©
nanowerk
Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen grubumuza katılın konuk katkıda bulunanlar. Nanoteknoloji topluluğuyla paylaşmak için bilimsel bir makale yayınladınız mı veya başka heyecan verici gelişmeleriniz mi var? Nanowerk.com'da nasıl yayınlayacağınız burada.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=62112.php
