纳米技术、物联网和工业4.0相遇的地方

由于记录更准确数据的能力和自动化数据分析方法的进步，物联网 (IoT)、工业物联网 (IIoT) 和工业 4.0 正在显着增长。最近的软件、算法和机器学习进步使许多传感器网络实现了自动化，除非系统本身通知，否则不需要操作员。这些新的传感器网络和数据处理方法被用于从智能建筑到工业生产过程的各种应用——在这些应用中，每个环境都可以根据最近获得的数据与历史数据的趋势轻松优化。在许多情况下，他们可以自己自动更改内部条件，并且只会在出现问题或数据趋势显示即将停机时通知操作员。

当您想到物联网时，虽然纳米技术并不是每个人的第一个想法，但纳米技术已经通过多种方式帮助推动这一数据优化领域；并且将来会有可能用于商业用途的区域。这些领域的范围从最初的测量点到使用纳米材料建立信息交换网络。

提高传感器的能力

物联网和工业 4.0 的核心是传感器本身。也许从纳米技术中获益最多的领域是初始数据测量。随着软件和数据分析方法的进步，它们可以处理更多的数据；初始数据点越准确，整个物联网系统就越准确。

将纳米材料作为“传感材料”结合到各种类型的传感器中是有据可查的，使用它们可以提高效率。纳米材料的小尺寸——特别是二维材料，如石墨烯——通常提供可以检测环境变化的高表面积。现在，并不是每一种传感机制都是相同的——有些是远程的，有些是通过分子的吸收，还有一些是对物理变化的反应（等等）。

纳米材料具有使这些机制有效工作的各种特性——无论是通过可测量的距离光学变化、在其表面吸附原子，还是弯曲、拉伸或压缩的能力。一些纳米材料可以执行这些机制中的至少一种，如果不是全部的话。高灵敏度以及因此更准确的数据点，通常归因于纳米材料的高导电性和载流子迁移率。当某些东西被感知时（通过吸附、物理变化等），感知机制会引起纳米材料电导率的变化，然后将其检测为可测量的响应。由于纳米材料内部的电导率和电荷载流子迁移率通常很高（即通常使用高电导率的纳米材料），因此灵敏度高，

纳米物联网 (IoNT)

纳米技术可以与物联网相结合的第二个领域是创建一个物理网络，该网络由纳米材料组成，通过在纳米级别相互通信的不同组件促进数据交换。这被称为纳米物联网 (IoNT)。在发展方面，它还没有达到其他物联网系统的水平，但它正在吸引通信和医疗领域的兴趣。一个这样的例子是在需要遥感的基于现场的应用中，或者用于测量人体中的不同点。

系统如何运作

与任何系统一样，都有多个组件，IoNT 也不例外。这些组件之间还有两种常见的通信方式，即电磁纳米通信（电磁波的传输和接收）和分子通信（分子编码的信息）。至于组件本身，IoNT 有四个主要区域有助于促进信息传输——它们是纳米节点、纳米路由器、纳米微接口设备和网关。

纳米节点是 IoNT 设置中最简单和最小的组件，被视为基本的纳米机器。这些小型纳米机器用于传输数据和执行基本计算。然而，它们的小尺寸（和能量）限制了它们可以传输数据的距离，并且它们拥有非常小的内部存储器。然而，它们可以放置在特定位置并将数据传输到更大的纳米路由器，然后再将数据传输到更远的距离。因此，纳米节点通常可以是系统的实际传感器组件。

纳米节点将数据传递到纳米路由器，这是一个具有更大计算能力的纳米机器。因为它们拥有更高的计算能力，所以它们充当所有获取初始数据的周围纳米节点的聚合器。然后它们可以控制纳米节点之间的交换命令，并将信息发送到纳微接口设备。这些接口设备聚合来自纳米路由器的所有数据，并结合使用纳米通信技术和经典网络协议将数据传输到微型（反之亦然）。然后网关充当整个系统的控制器，并使数据可以通过互联网在任何地方访问。

结论

工业 4.0 才刚刚出现，并将在未来几年继续推进。这是一个给定的。然而，尽管现在许多行业都使用传统的数据传输、云计算和数据操作方法，但可能会出现一个点——就像计算一样——数据传输需要通过更小的架构进行。当商业上有直接需求时，IoNT 的基础工作将使它能够在工业 4.0 真正占据所有行业部门时使用。

审核编辑：汤梓红