長期以來，物聯網 (IoT) 范式一直被認為是第四次工業革命的關鍵動力，有可能改變我們的生活方式。 然而，通過整合納米技術，它的影響有望進一步增強。
物聯網是一個相互關聯的物理對象系統，其中嵌入了傳感器、天線、處理器、軟件和其他技術，以支持通過互聯網進行相關數據交換。從藥丸到制導導彈，這些設備的應用范圍非常廣泛，而且看起來還會不斷擴大。預計 2025 年物聯網連接設備的數量將達到 750 億臺，生成的數據可能達到數十甚至數百 億GB。
促進這種實質性預測的是使能技術（包括云計算和大數據分析）和各種通信模式（稱為物聯網協議）的發展。這些協議支持端點設備之間的數據交換，例如傳感器和連接環境中的下一個硬件。它們包括用于短距離的藍牙、Wi-Fi、ZigBee 和近場通信 (NFC)、用于長距離的低功耗廣域 (LPWA) 和 5G。
可以說，最引人入勝的發展之一在于納米技術的整合。這有望通過納米設備最大限度地擴展物聯網概念，并產生全新的物聯網衍生產品，即納米物聯網 (IoNT)。
納米器件
在物聯網設備中采用納米材料可以利用其卓越的特性來增加設備的功能、能源效率和準確性，同時減小它們的尺寸。納米天線、納米處理器和納米電池都是目前正在使用或開發的物聯網納米設備的例子，但在物聯網端點內，納米設備最常用作納米傳感器。
納米傳感器
物聯網傳感器必須監控傳感環境中的特定現象，為后續分析提供相關數據。納米傳感器使用范圍廣泛的納米材料來實現這一點，并且能夠進行物理、化學和生物監測。
例如，。 (2019) 開發了一種靈活的基于納米線的傳感器，用于實時氨 (NH3) 監測。該傳感器開發用于手表型設備，與傳統的 NH3 傳感器相比，它顯示出更低的檢測限和更快的響應時間，這主要是由于納米線具有極高的表面積與體積比。
極低的功耗（低至 3μW）和可擴展的軟光刻制造技術進一步支持納米材料如何切實增強物聯網傳感器。
在用于連續血糖監測和飲用水中的化學、微生物和其他分析物監測的非侵入性生物傳感器中，已經看到了類似的基于納米的優勢。
納米天線
物聯網天線負責通過各種波類型接收、解碼和傳輸信息，從而實現物聯網設備的無線通信。納米天線，通常基于石墨烯，主要通過在太赫茲頻段輻射來實現這種功能。
可以預見，它們比傳統天線小得多，甚至可以通過使用碳納米管與納米傳感器進行整合，碳納米管既可以感知也可以發出信號。
另一個特別令人興奮的基于納米的優勢可能在于制造技術。 德雷塞爾大學的研究人員開發了一種碳化鈦納米天線，可以通過簡單的一步過程直接噴涂到任何剛性或柔性物體上，無需增加任何重量或電路，使任何物體都能快速成為智能物聯網設備。
納米處理器
IoT 處理器必須通過執行適當的計算來處理從 IoT 端點接收的數據。它們主要由硅制成，由數百萬（通常是數十億）晶體管組成，這些晶體管在模擬邏輯功能的門集合中充當二進制開關。
納米處理器仍然在實驗室中，麻省理工學院的工程師團隊僅在幾年前的 2019 年開發了第一個可編程碳納米管處理器。 僅由 14000 個晶體管組成，實現碳納米管在這種功能中更高的效率和速度可能仍然存在還要很多年。
納米電池
可以預見，智能設備的無線系統具有適合長壽命、高能量密度和可充電電池的顯著功率需求。鋰離子變體是目前最受歡迎的。
納米電池在電極或膜中使用納米材料來降低自放電率、增加能量密度并減少充電時間。
索利曼等人 (2021) 發現碳納米管、鈦酸鋰氧化物納米顆粒和鍺納米線都是已成功利用此效果的納米材料的例子。
納米物聯網
將所有或部分這些納米設備整合到現有的物聯網概念中被認為會產生納米物聯網。盡管通常被描述為物聯網的納米級版本，但 IoNT 的含義遠遠超出了簡單區分所暗示的范圍。
納米設備的優勢，無論是納米傳感器靈敏度的提高還是納米電池能量密度的提高，都使物聯網范式的復雜程度達到了一個新的水平，并促進了其在不斷增加的應用中的適用性。
物聯網和物聯網挑戰
隨著數十億傳感器收集空前數量的機密數據，隱私和安全問題是廣泛采用的關鍵障礙。在獲得對 IoT 和 IoNT 的必要信心之前，都需要適當級別的加密、網絡安全協議和身份驗證。
如此大量的傳感器也引發了對電源的擔憂，尤其是考慮到當前電池技術對鋰的依賴。
英國芯片制造商 Arm 強調了這個問題，指出要滿足預測的 IoT 和 IoNT 應用的電池需求，需要將全球每年的鋰產量增加兩倍。
IoNT 和物聯網未來研究
為了解決 IoT 和 IoNT 面臨的剩余挑戰，大量的研究已經在進行中。從多層區塊鏈安全模型到基于石墨烯的開關波束納米天線，未來的研究有望多種多樣。
一個解決傳感器和納米傳感器電源問題的迷人領域可能已經在能量收集中找到了解決方案，其中能量來自外部來源，然后轉換為有用的電能。
再一次，該解決方案的未來很可能牢牢植根于納米技術。 Phillips (2021) 表明，在其他例子中，壓電納米發電機中的納米線和熱電發電機中的量子點可以完全取代物聯網和 IoNT 端點電池，從而在環保和經濟上可行的同時實現該技術的大量采用。
