幾十年來，工業製造意味著漫長的裝配線。無數工人——人類或機器人——透過這種方式建造了真正龐大的物件，例如汽車和飛機，或者創造了更小、更復雜的物品，例如藥品、計算機和智慧手機。
現在設想一下未來，數字處理器和記憶體、能量發生器、人造組織和醫療裝置的組裝發生在肉眼無法看到的微小尺度上，並且遵循一套新的規則。未來幾年將開啟一個重要的時代，我們將從僅僅包含奈米技術的產品（含有紫外線阻擋二氧化鈦顆粒的防曬霜，以及用於增強醫學成像的顆粒，僅舉兩例）過渡到本身就是奈米技術的產品。
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成功製造這些至關重要的奈米技術將需要更好地理解物質在原子尺度下的行為方式，以及用於組裝的新工具和工藝。
一種方法是自下而上的定向自組裝，它將小的或從屬的單元（如原子和奈米級模組（奈米管等））連線成更大、更堅固的元件。科學家還可以使用 DNA 鏈或其他天然或工程分子作為可程式設計構建材料，用於精確的分子級裝置和馬達。另一種高效方法是卷對卷組裝，其中微型器件被印刷在連續的聚合物基薄片上。
納米制造還需要超精密工具。一些工具將是化學催化劑；另一些將是生物、光學、機械或電磁的。展望未來，納米制造工具箱很可能包括新型分子和所謂的超材料，這些材料經過工程設計，具有看似違背自然規律的特性——例如，一種以意想不到的方式折射光的材料。
以下是一些最令人興奮的奈米尺度技術的前景以及我們將如何製造它們。
賽博格組織支架
在細胞水平上摻雜了納米級電子器件的人造組織，未來某天可能會在人體內扮演“賽博格式”的角色。合成組織可以從包含多個奈米級電子感測器的支架中生長出來，而不是將電子裝置植入現有器官。這種奈米電子支架可以成為工程組織的基礎，用於檢測和報告各種健康問題。它們可以將神經系統的一部分與計算機、機器或其他生物體連線起來。哈佛大學和麻省理工學院的科學家們用非常細且有彈性的奈米線構建了一個支架，可以與單個細胞互動。研究人員表示，他們的目標是以這樣一種方式將組織與電子器件融合，以至於難以確定組織在哪裡結束，電子器件在哪裡開始。
微型儲存器
納米制造具有巨大的潛力，可以提供更小、更強大的電子器件，以及更密集、更高效、成本更低的儲存器。這是有益的，因為在某個時候，科學家和工程師將無法再透過互補金氧半導體 (CMOS) 技術來縮小計算機晶片和冷卻電路，他們數十年來一直使用這種技術來製造積體電路。一種變通方法是使用電子自旋作為儲存器和邏輯器件中的資訊載體。IBM、英特爾和其他公司正在開發所謂的自旋電子儲存器和邏輯器件，這些器件有望實現可靠、快速和低功耗。許多其他方法涉及藉助奈米級磁體來寫入和儲存資料。康奈爾大學的一個研究團隊演示了一種節能的方式來切換奈米磁體的磁極化，這是朝著建立一種微型磁阻隨機存取儲存器（MRAM）邁出的一步，即使裝置斷電，裝置也可以使用它來儲存資料。該團隊在鋰刻蝕的鉭層上施加電流。這種電流導致電子自旋的偏轉足夠大，足以翻轉相鄰磁體的磁化方向。為了將自旋翻轉回來，研究人員只需反轉電流。當沒有電流流動時，磁體保持在原位並保留資料，即使裝置處於休眠狀態。這項研究可能會產生諸如即時開/關智慧手機或筆記型電腦之類的裝置，而無需備用電池消耗。
塑膠肌肉
人造肌肉幫助人類眼睛眨眼、機器人魚游泳和漂浮浮標從海洋中提取能量。很快，化學家將使用線狀“樹枝狀”奈米級聚合物，當加熱或冷卻時，它們會膨脹或收縮，從而充當細胞膜、藥物輸送劑和人造心肌纖維。賓夕法尼亞大學由 Virgil Percec 領導的研究人員已經表明，這些薄聚合物可以做得足夠堅固，可以舉起大約比聚合物本身重 250 倍的十分硬幣。製造這項技術的關鍵挑戰是找到可以預測地自組裝成結構（例如，心肌組織）的構建模組聚合物，這些結構的行為類似於微型人造肌肉。
雷射快速通訊
使用光來傳輸資訊的光子積體電路應該可以加快我們不斷縮小的電子裝置的速度。然而，光子器件仍然面臨一個根本性的挑戰：您可以將它們做得多麼小是有限制的。光的衍射極限阻止了將光限制在小於其波長一半的空間內，然而，光波長至少比任何奈米級電子裝置本身大 10 或 100 倍。
研究人員正在努力使用固態“等離子體激元”雷射來傳輸資料，以克服這些限制。等離子體激元雷射器由奈米級半導體線和類似尺寸的金屬線網格組成。網格交叉點形成用於限制光的方形腔體。這些腔體可以小到衍射極限的 1%——巧合的是，大約與計算機晶片上的電晶體大小相當。如果科學家們能夠成功地誘導電線之間形成的腔體產生微小的雷射脈衝，那麼這項進展可以作為光學系統的基礎，該光學系統足夠小，可以巢狀在這些微觀電晶體之間。這項工作由加州大學伯克利分校的張翔及其同事領導。
病毒製成的發電廠
病毒可用於構建發電奈米級器件。基因工程改造的 M13 噬菌體病毒在這方面尤其出色。這種桿狀病毒直徑約為 7 奈米，長度為 900 奈米，可將機械能轉化為電能（反之亦然）。由加州大學伯克利分校生物工程師 Seung-Wuk Lee 領導的實驗已使用該病毒構建了一種壓電生物材料，可以提取足夠的電力來為一個 10 平方釐米的 LCD 螢幕供電。這裡的納米制造方法基於自然界合成病毒中生物材料的獨特能力，病毒可以以原子精度自我複製、進化和自組裝。基於病毒的壓電材料可以透過例如從心跳中收集振動能量來為未來的奈米級感測器和其他醫療裝置（在人體外部或內部）供電。