Os últimos 70 anos viram a maneira como vivemos e trabalhamos transformada por duas pequenas invenções. O transistor eletrônico e o microchip são o que torna possível toda a eletrônica moderna, e desde seu desenvolvimento na década de 1940, eles estão ficando menores. Hoje, um chip pode conter até 5 bilhões de transistores. Se os carros tivessem seguido o mesmo caminho de desenvolvimento, agora seríamos capazes de conduzi-los a 300, 000 mph e custariam apenas £ 3 cada.

Mas, para manter esse progresso, precisamos ser capazes de criar circuitos em sistemas extremamente pequenos, escala nanométrica. Um nanômetro (nm) é um bilionésimo de um metro e, portanto, esse tipo de engenharia envolve a manipulação de átomos individuais. Nós podemos fazer isso, por exemplo, disparando um feixe de elétrons em um material, ou vaporizando-o e depositando os átomos gasosos resultantes, camada por camada, sobre uma base.

O verdadeiro desafio é usar essas técnicas de forma confiável para fabricar dispositivos funcionais em nanoescala. As propriedades físicas da matéria, como seu ponto de fusão, condutividade elétrica e reatividade química, tornam-se muito diferentes em nanoescala, portanto, encolher um dispositivo pode afetar seu desempenho. Se pudermos dominar essa tecnologia, Contudo, então teremos a oportunidade de melhorar não apenas a eletrônica, mas todos os tipos de áreas da vida moderna.

1. Médicos dentro do seu corpo

A tecnologia de fitness vestível significa que podemos monitorar nossa saúde prendendo os aparelhos a nós mesmos. Existem até protótipos de tatuagens eletrônicas que podem detectar nossos sinais vitais. Mas, ao reduzir essa tecnologia, poderíamos ir mais longe implantando ou injetando minúsculos sensores dentro de nossos corpos. Isso capturaria informações muito mais detalhadas com menos problemas para o paciente, permitindo que os médicos personalizem seu tratamento.

As possibilidades são infinitas, variando de monitoramento de inflamação e recuperação pós-cirurgia para aplicações mais exóticas em que dispositivos eletrônicos realmente interferem com os sinais do nosso corpo para controlar o funcionamento do órgão. Embora essas tecnologias possam soar como algo do futuro distante, Multibilionárias empresas de saúde, como a GlaxoSmithKline, já estão trabalhando em maneiras de desenvolver os chamados "eletrocêuticos".

2. Sensores, sensores, em todos os lugares

Esses sensores contam com nanomateriais recém-inventados e técnicas de fabricação para torná-los menores, mais complexos e mais eficientes em termos energéticos. Por exemplo, sensores com recursos muito finos agora podem ser impressos em grandes quantidades em rolos flexíveis de plástico a baixo custo. Isso abre a possibilidade de colocar sensores em vários pontos da infraestrutura crítica para verificar constantemente se tudo está funcionando corretamente. Pontes, aeronaves e até usinas nucleares poderiam se beneficiar.

3. Estruturas de autocura

Se houver rachaduras, a nanotecnologia poderá desempenhar um papel adicional. Alterar a estrutura dos materiais em nanoescala pode dar-lhes algumas propriedades incríveis - dando-lhes uma textura que repele a água, por exemplo. No futuro, revestimentos ou aditivos de nanotecnologia terão até mesmo o potencial de permitir que os materiais "cicatrizem" quando danificados ou desgastados. Por exemplo, dispersar nanopartículas por todo o material significa que elas podem migrar para preencher qualquer rachadura que apareça. Isso poderia produzir materiais de autocura para tudo, desde cabines de aeronaves a microeletrônica, evitando que pequenas fraturas se transformem em grandes, rachaduras mais problemáticas.

4. Tornando o Big Data possível

Todos esses sensores produzirão mais informações do que jamais tivemos de lidar antes - portanto, precisaremos da tecnologia para processá-los e detectar os padrões que nos alertarão sobre os problemas. O mesmo será verdade se quisermos usar o "big data" dos sensores de tráfego para ajudar a gerenciar o congestionamento e prevenir acidentes, ou prevenir o crime usando estatísticas para alocar de forma mais eficaz os recursos policiais.

Aqui, a nanotecnologia está ajudando a criar memória ultradensa que nos permitirá armazenar essa riqueza de dados. Mas também está servindo de inspiração para algoritmos ultraeficientes de processamento, criptografar e comunicar dados sem comprometer sua confiabilidade. A Nature tem vários exemplos de processos de big data executados de forma eficiente em tempo real por estruturas minúsculas, como as partes do olho e do ouvido que transformam sinais externos em informações para o cérebro.

As arquiteturas de computador inspiradas no cérebro também poderiam usar a energia com mais eficiência e, portanto, lutariam menos com o excesso de calor - um dos principais problemas com o encolhimento ainda maior de dispositivos eletrônicos.

5. Combatendo a mudança climática

A luta contra as mudanças climáticas significa que precisamos de novas maneiras de gerar e usar eletricidade, e a nanotecnologia já está desempenhando um papel. Ajudou a criar baterias que podem armazenar mais energia para carros elétricos e permitiu que os painéis solares convertessem mais luz solar em eletricidade.

O truque comum em ambas as aplicações é usar nanotexturização ou nanomateriais (por exemplo, nanofios ou nanotubos de carbono) que transformam uma superfície plana em uma tridimensional com uma área de superfície muito maior. Isso significa que há mais espaço para as reações que permitem o armazenamento ou geração de energia, para que os dispositivos operem com mais eficiência

No futuro, a nanotecnologia também pode permitir que os objetos colham energia de seu ambiente. Novos nanomateriais e conceitos estão sendo desenvolvidos atualmente e mostram potencial para a produção de energia a partir do movimento, luz, variações de temperatura, glicose e outras fontes com alta eficiência de conversão.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.