隨著我們能夠記錄更多精確的數(shù)據(jù)，并且有更多種自動(dòng)數(shù)據(jù)分析的方法，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）以及工業(yè)4.0獲得了顯著的發(fā)展。近年來(lái)，軟件、算法和機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)步使得很多傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行，除非有系統(tǒng)通知，否則在運(yùn)行過(guò)程中是不需要操作人員的。這些新型的傳感器網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理方法被應(yīng)用于智能建筑和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的各種應(yīng)用，在這些應(yīng)用中每個(gè)環(huán)節(jié)都很容易根據(jù)最近獲得的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化。在很多情況下，它們還可以自動(dòng)更改內(nèi)部運(yùn)行條件，并且只有在出現(xiàn)問(wèn)題或數(shù)據(jù)趨勢(shì)顯示即將停機(jī)時(shí)才會(huì)通知操作員，這無(wú)疑提高了多個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)效率。

當(dāng)我們說(shuō)到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)很多人都不會(huì)想到納米技術(shù)，但是納米技術(shù)已經(jīng)被用來(lái)推動(dòng)數(shù)據(jù)優(yōu)化了。未來(lái)很有可能會(huì)在一些領(lǐng)域用于商業(yè)用途，這些領(lǐng)域涉及最初的數(shù)據(jù)采集到使用納米材料建立完整的信息交換網(wǎng)絡(luò)。

提升傳感器的性能

物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的核心正是傳感器本身，也許從納米技術(shù)受益最大的領(lǐng)域就是初始數(shù)據(jù)測(cè)量。隨著軟件和數(shù)據(jù)分析方法的發(fā)展，它們可以處理更多的數(shù)據(jù)，初始數(shù)據(jù)越精確那么整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就會(huì)更加的精確。

將納米材料作為“傳感材料”集成到各種類型的傳感器中是有據(jù)可考的，它們的使用帶來(lái)了更高的效率。納米材料尺寸小巧，特別是像石墨烯這樣的2D材料的表面積更大，能夠檢測(cè)更多環(huán)境變化。不過(guò)納米材料的傳感機(jī)制并不是都一樣的——有些是靠遠(yuǎn)程感應(yīng)，有些則是通過(guò)吸收分子，還有一些是感知物理變化的反應(yīng)。

納米材料有各種各樣的特性，這樣的特性使傳感機(jī)制能夠有效工作——它們可以是通過(guò)測(cè)量不同距離的光學(xué)變化來(lái)傳感、也可以是通過(guò)表面原子的吸收情況來(lái)傳感，也可能是通過(guò)彎曲、拉伸或壓縮來(lái)傳感。一些納米材料至少具備其中一種能力，由于納米材料具有較高的導(dǎo)電性和載流子遷移率，因此具有較高的靈敏度和更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集能力。當(dāng)某物體被感知（通過(guò)吸附、物理反應(yīng)）時(shí)傳感機(jī)制會(huì)引起納米材料導(dǎo)電率的變化，然后可以作為可測(cè)量的響應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)榧{米材料的導(dǎo)電性和載流子的遷移率通常都很高，所以對(duì)導(dǎo)電率的變化都有很高靈敏度，因此導(dǎo)電率的微小變化都能檢測(cè)得到。

納米級(jí)物聯(lián)網(wǎng)（IoNT）

納米技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的第二個(gè)領(lǐng)域是創(chuàng)建物理網(wǎng)絡(luò)，由納米材料組成，通過(guò)在納米級(jí)別上相互通信的不同組件來(lái)促進(jìn)數(shù)據(jù)的交換，這就是所謂的納米級(jí)物聯(lián)網(wǎng)（IoNT）。在發(fā)展方面它還沒(méi)有達(dá)到其它物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的水平，但是它已經(jīng)引起了通信和醫(yī)療部門的興趣，其中一個(gè)例子是實(shí)地遙感測(cè)量，此外還有人體內(nèi)不同參數(shù)的測(cè)量。

系統(tǒng)是怎樣工作的

與任何系統(tǒng)一樣，納米級(jí)物聯(lián)網(wǎng)（IoNT）也是由多個(gè)組件組成的。這些組件之間有兩種常見(jiàn)的通信方式，一種是電磁納米通信（電磁波的傳輸和接收），另一種是分子通信（分子中編碼的信息）。至于組件本身，IoNT有四個(gè)主要的部分幫助促進(jìn)信息的傳遞，它們分別是納米節(jié)點(diǎn)、納米路由、納米微型接口設(shè)備和納米網(wǎng)關(guān)。

納米節(jié)點(diǎn)是IoNT建立過(guò)程中最簡(jiǎn)單也是最小的組件，它們是最基礎(chǔ)的納米機(jī)器。這些小型的納米機(jī)器被用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和執(zhí)行基本的計(jì)算。它們的尺寸（和能量）限制了它們傳輸數(shù)據(jù)的距離，而且它們的內(nèi)存也非常的小。然而，它們通常被安排在特定的位置，并將數(shù)據(jù)傳輸給一個(gè)更大規(guī)模的納米路由器，然后該路由器可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁h(yuǎn)的距離。因此，這些納米節(jié)點(diǎn)通常作為系統(tǒng)中實(shí)際的傳感器組件。

納米節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸給納米路由器，納米路由器具有更強(qiáng)大的計(jì)算能力。因?yàn)樗鼈兙哂懈叩挠?jì)算能力，所以它們充當(dāng)所有獲取初始數(shù)據(jù)的納米節(jié)點(diǎn)的聚合器。它們還可以控制納米節(jié)點(diǎn)之間的交換命令，并將信息發(fā)送到納米微接口設(shè)備。這些接口設(shè)備能夠聚合來(lái)自納米路由器的所有數(shù)據(jù)，并使用納米通信技術(shù)和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組合將數(shù)據(jù)傳輸給納米網(wǎng)關(guān)（反之亦然）。然后，網(wǎng)關(guān)可以作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器，使得在任何地方都可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。

總結(jié)

工業(yè)4.0只是剛剛興起，并且會(huì)在未來(lái)幾年持續(xù)的發(fā)展，這是已知的發(fā)展趨勢(shì)。然而，盡管傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、云計(jì)算和數(shù)據(jù)操作方法在很多行業(yè)中都得到了應(yīng)用。但是還有一點(diǎn)，就像計(jì)算一樣，需要通過(guò)更小的架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。隨著工業(yè)4.0在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，商業(yè)上的應(yīng)用需求將會(huì)接踵而來(lái)，此時(shí)IoNT就會(huì)獲得更加廣泛的應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介

利亞姆·克里奇利(Liam Critchley)是一位作家、記者以及技術(shù)布道者。他專注于化學(xué)和納米技術(shù)，以及如何將分子水平上的基本原理應(yīng)用于更多不同的領(lǐng)域。利亞姆最出名的可能是他教授知識(shí)的方法，他可以向科學(xué)家以及非科學(xué)家解釋復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題。利亞姆目前已經(jīng)在化學(xué)和納米技術(shù)交叉的各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域和行業(yè)發(fā)表了350多篇文章。

利亞姆目前擔(dān)任歐洲納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（NIA）的高級(jí)科學(xué)宣傳人員，并且在過(guò)去幾年的時(shí)間里為全球不同地區(qū)的公司、協(xié)會(huì)和媒體網(wǎng)站撰寫文章。在成為一名作家之前，利亞姆獲得了納米技術(shù)和化學(xué)工程兩個(gè)碩士學(xué)位。

除了寫作，利亞姆也是美國(guó)石墨烯協(xié)會(huì)（NGA）顧問(wèn)委員會(huì)、全球納米技術(shù)世界網(wǎng)絡(luò)（NWN）、科學(xué)慈善機(jī)構(gòu)格拉姆西理事會(huì)（總部位于英國(guó)）的成員。利亞姆也是英國(guó)納米醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)（BSNM）和國(guó)際先進(jìn)材料協(xié)會(huì)（IAAM）的成員，同時(shí)也是多家學(xué)術(shù)期刊的審稿人。