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März 17, 2021

3 Min. lesen

Winzige Partikel sind dabei, eine große Wirkung entfalten
Winzige Partikel sind dabei, eine große Wirkung entfalten

Nanoengineering für eine neue Zukunft

Bei einer Größe von einem Milliardstel Meter ist es manchmal schwer zu begreifen, wie klein Nanopartikel sind. Zum Vergleich: Wenn ein Nanopartikel die Größe eines Fußballs hätte, dann wäre ein Kiwi im Vergleich dazu so groß wie die Erde.

Bei Nanoengineering geht es um die präzise Manipulation von Strukturen auf der Nanoskala. Seit der Erfindung des Elektronenmikroskops in den 1930er Jahren ist das Nanoengineering ein stetig wachsendes Forschungsgebiet. Da sie Strahlen von beschleunigten Elektronen als Beleuchtungsquelle verwenden, haben Elektronenmikroskope ein höheres Auflösungsvermögen als herkömmliche Lichtmikroskope und können die Struktur von viel kleineren Objekten offenbaren.

Diese frühen Interaktionen mit Strukturen auf der Nanoskala waren in erster Linie Beobachtungen und keine direkten Interaktionen, aber sie markierten den Beginn unserer Reise in die Nanotechnologie. Ohne sie wäre das Rastertunnelmikroskop (STM) in den 1980er Jahren wahrscheinlich nicht erfunden worden. Es war das erste Mikroskop, das Strukturen auf der Nanoskala abbilden und manipulieren konnte und brachte seinen Erfindern, Gerd Binnig und Heinrich Rohrer, 1986 den Nobelpreis für Physik ein.

Die Anwendungen der Nanotechnologie nehmen zu, und das Gebiet der Nanotechnologie wird in den nächsten zehn Jahren einen großen Einfluss auf die Industrie haben. Von Systemen zur Verabreichung von Medikamenten bis hin zu intelligenten Sensoren sind die möglichen Anwendungen dieser Technologie in der Maschinenbauindustrie enorm.

Potenzial abtasten

Die Natur ist voll von Beispielen für Big-Data-ähnliche Prozesse, die von Nanostrukturen effizient und in Echtzeit durchgeführt werden, wie Komponenten des Auges, die externe Signale in Informationen für das Gehirn umwandeln. Inzwischen experimentieren Ingenieure mit dem Einsatz von Nanomaterialien und neuartigen Fertigungstechniken, um intelligente Sensoren zu entwickeln, die kleiner, komplexer und energieeffizienter sind als ihre herkömmlichen Gegenstücke. Zum Beispiel fein abgestimmte Sensoren, die auf flexible Kunststoffrollen gedruckt und an Schlüsselstellen kritischer Infrastrukturen angebracht werden, um die Leistung und strukturelle Integrität ständig zu überwachen.

Diese neuen Sensoren produzieren große Datenmengen in noch nie dagewesener Geschwindigkeit, so dass neue Datenverarbeitungstechniken entwickelt werden müssen, um diese effizient zu verarbeiten. Dies wird neue Möglichkeiten der Mustererkennung schaffen und die Art und Weise, wie wir Sensoren nutzen, revolutionieren. Zum Beispiel Verkehrssensoren, die mit Hilfe von Nanotechnologie die Datenverarbeitungsrate erhöhen und automatische Staumanagementprogramme selbst auf den verkehrsreichsten Straßen ermöglichen und diese dadurch sicherer machen.

Darüber hinaus wird die Nanotechnologie genutzt, um ultra-dichte Speichersysteme zu entwickeln, die in der Lage sind, eine noch nie dagewesene Fülle von Daten zu speichern. Aber sie liefert auch die Inspiration für ultra-effiziente Algorithmen für maschinelles Lernen, die Daten verarbeiten, verschlüsseln und kommunizieren können, ohne ihre Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.

In der Fabrik wird dieses maschinelle Lernen im Nanobereich die nächste Generation der vorausschauenden Wartung einläuten, die Fehler früher und mit größerer Genauigkeit erkennen wird. Dies wird zu einer weiteren Verringerung ungeplanter Stillstandszeiten führen, da Standortleiter und Ingenieure Ersatzteile bei einem Lieferanten für Industriebauteile bestellen können, bevor es zu einem Ausfall kommt, was Zeit und Geld spart.

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