Cảm biến sinh học và phi sinh học

Công nghệ nano có thể biến thành hiện thực nhờ việc tạo ra những thiết bị có kích thước từ 1nm cho đến vài trăm nm. Ở mức này, một chiếc máy nano có thể chạy được những tính năng giống như một cái cảm biến hoặc thậm chí còn làm được nhiều thứ hơn. Vị trí của cảm biến, thông tin mà cảm biến thu thập có thể được chia sẻ với những máy nano khác.

Một trong những cảm biến nano hiện đại nhất hiện nay đang được tạo ra bằng cách sử dụng các công nghệ sinh học tổng hợp rồi tinh chỉnh lại cấu trúc hữu cơ của sinh vật đơn bào, ví dụ như các loại khuẩn. Mục tiêu là tạo ra một chiếc "máy tính sinh học" có khả năng dùng ADN và protein để nhận biết một số chất hóa học nhất định, chứa thông tin vào đó, sau đó báo cáo trạng thái bằng cách đổi màu hat phát tán ra một dạng tín hiệu dễ nhận biết nào đó. Synlogic, một startup ở Mỹ, đang làm việc để thương mại hóa việc sử dụng khuẩn để chữa một vài bệnh hiếm gặp về chuyển hóa chất. Vượt ra khỏi biên giới của thuốc và y tế, nhưng cảm biến nano ở dạng "máy tính sinh học" này còn có thể dùng trong nông nghiệp hay sản xuất dược phẩm.
 

Một ví dụ của các biến cỡ nhỏ có thể gắn vào cơ thể người​

Một số cảm biến nano khác lại được tạo ra từ vật liệu phi sinh học, ví dụ như ống carbon. Chúng có thể cảm biến một yếu tố nào đó và hoạt động như một ăng-ten không dây. Bởi vì chúng quá nhỏ nên người ta có thể rải chúng để thu thập hàng triệu điểm dữ liệu cùng lúc. Các thiết bị bên ngoài sau đó sẽ dùng dữ liệu này để vẽ ra bản đồ chi tiết của một căn nhà, một nông trại, biến nơi nào đang có sâu, nơi nào có nguy cơ thiếu nước, chỗ nào có người lạ đi vào, vị trí nào bị thiếu ánh sáng, dòng điện có tăng mạnh hay không, mức độ cô đọng hóa học như thế nào...

Cảm biến nano có thể nối mạng

Mặc dù nhiều bài viết khoa học đã nói về thiết bị nano cùng công dụng của chúng nhưng vẫn chưa có một cách chính thức nào để những thiết bị này giao tiếp với nhau. Máy tính, điện thoại, cảm biến cỡ lớn thì dùng Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee hoặc kết nối mạng tiết kiệm điện LoRaWAN, còn những thứ bé tí tẹo kia thì sao? Một bài viết của Viện công nghệ Georgia đề xuất 2 cách: sử dụng các nguyên / phân tử, hoặc dùng điện từ nano.

• Giao tiếp bằng nguyên, phân tử: đây là cách gửi nhận thông tin bằng cách mã hóa dữ liệu vào trong các phân tử. Bộ giải mã nguyên tử được kỳ vọng là sẽ dễ dàng tích hợp vào các thiết bị nano nhờ kích thước bé nhỏ.
• Giao tiếp bằng điện từ nano: cách thức này được định nghĩa là sự gửi nhận bức xạ điện từ của những thiết bị và linh kiện nano. Tùy vào loại vật liệu mà băng tần cũng như băng thông của đường truyền sẽ được thiết lập khác nhau, có thể lên tới tầm TeraHert. Năng lượng phát ra cũng đủ để máy tự hoạt động.

Giá trị thị trường rất cao nhưng vẫn còn thách thức

Năm 2014, công ty nghiên cứu Research and Markets dự báo tốc độ tăng trưởng của thị trường IoNT năm 2020 có thể đạt 9,69 tỷ USD, tăng mạnh so với con số dự báo 4,26 tỷ USD Mỹ trong năm 2016. IBM, Intel, Qualcomm, Cisco... được cho là những đơn vị hàng đầu có khả năng dẫn dắt ngành công nghiệp. Miếng bánh khi đó quá lớn và quá màu mỡ tới mức các ông lớn về di động và mạng này không thể bỏ qua.

Nhưng để đạt tới sự thịnh vượng đó, sẽ còn nhiều thách thức mà các công ty cần giải quyết. Một trong những rào cản về mặt kĩ thuật đó là phải làm sao tích hợp tất cả các linh kiện cần thiết vào một thiết bị siêu nhỏ có khả năng cảm nhận một yếu tố nào đó, rồi phải gửi được thông tin ra ngoài. Tất nhiên, chi phí để làm ra một thiết bị nano như vậy cũng phải rẻ, không thể lên tới hàng triệu đô như các sản phẩm nano hiện nay.
 

 ​

Một rào cản khác liên quan tới sức khỏe con người: liệu việc phát tán các cảm biến nano như thế này có lợi hay hại, nếu một cảm biến được nhúng vào cơ thể thì nó có tác hại gì? Bất kì thứ gì lạ được đưa vào cơ thể, dù là cố tình hay vô ý đều có thể trở thành một tác nhân độc và bị hệ miễn dịch phản ứng lại. Người xấu cũng có thể lợi dụng công nghệ IoNT để bí mật giám sát người khác một cách trái phép. Ở thời gian đầu, các cảm biến có thể bỏ đi tác hại này bằng cách chỉ dùng để giám sát cây cối, máy móc hay các quy trình công nghiệp.