12 новых технологий в электронике, которые изменят наше будущее
Как следует из названия, новые технологии - это те, чьи разработки и практическое применение широко не реализованы. Они представляют собой прогрессивное развитие в различных областях, от робототехники и искусственного интеллекта до когнитивной науки и нанотехнологий.
В частности, отрасль электроники играет решающую роль в обработке сигналов, обработке информации и телекоммуникациях. Оно имеет дело с электрическими цепями, которые включают такие компоненты, как датчики, диоды, транзисторы и интегральные схемы. Проще говоря, охватывает сложные электронные инструменты и системы, такие как современные ноутбуки и смартфоны.
Первый тип транзистора был изобретен в 1947 году. С тех пор мы прошли большой путь. Один смартфон, который вы используете сегодня, содержит более одного миллиарда транзисторов.
Это только начало. Многие революционные устройства еще предстоит изобрести. Давайте выясним, что может принести нам будущее (в области электроники).
12. Цифровая технология запаха
Было проведено множество исследований в области обонятельной технологии, которая позволяет устройствам (или электронным носам) распознавать, передавать и принимать носители с поддержкой запаха, такие как аудио, видео и веб-страницы.
Первая система выделения запаха под названием Smell-O-Vision была изобретена в конце 1950-х годов. Она была способна испускать запахи во время проекции фильма, чтобы улучшить восприятие зрителей.
С тех пор многие исследовательские учреждения придумали подобные устройства. Одним из них был iSmell, разработанный в 1999 году. Он состоял из картриджа со 128 запахами, из которого можно производить различные смешанные запахи. Однако, из-за определенных ограничений, продукт никогда не был запущен в коммерческую эксплуатацию.
На выставке CEATEC 2016 компания представила носимое ароматическое устройство, которым можно управлять через смартфоны и ПК. Ему все еще предстоит преодолеть множество препятствий, включая время и распространение ароматов, а также риски для здоровья, связанные с синтетическими запахами.
11. Термальная медная стойка
Термо-медный столб - это микроэлектрическое термоэлектрическое устройство, используемое для упаковки электроники и оптоэлектроники, таких как лазерные диоды, полупроводниковые оптические усилители, ЦП и ГП.
Компания Nextreme Thermal Solutions разработала эту технологию, чтобы интегрировать функциональность активного управления температурой на уровне микросхемы. Этот метод в настоящее время используется техническими гигантами, включая Intel и Amkor, для подключения микропроцессоров и других современных чипов к различным поверхностям.
Когда ток проходит через монтажную плату, тепловая шишка вытягивает тепло и передает его другой. Этот процесс известен как эффект Пельтье, и именно так тепловой удар помогает уменьшить тепло от электронных схем.
Он действует как полупроводниковые тепловые насосы и добавляет функции управления температурой на поверхности чипа. Сегодняшние тепловые неровности имеют высоту около 20 мкм и ширину 238 мкм (диаметр). Технология следующего поколения позволит снизить высоту тепловых ударов до 10 мкм.
10. Дисульфид молибдена
Дисульфид молибдена является неорганическим соединением, которое широко используется в электронике в качестве сухой смазки из-за его низкого трения и прочности. Как и кремний, это диамагнитный полупроводник с непрямой запрещенной зоной с запрещенной зоной 1,23 эВ.
Дисульфид молибдена является обычной сухой смазкой с размерами частиц в диапазоне 1-100 микрометров. Он часто используется в производстве эффективных транзисторов, фотоприемников, двухтактных двигателей и универсальных шарниров.
В 2017 году двумерный дисульфид молибдена был использован для создания 1-битного микропроцессора, содержащего 115 транзисторов. Он также использовался для создания 3-терминальных мемтранзисторов. В ближайшие годы это соединение может стать основой всех видов электронных гаджетов.
9. Электронный Текстиль
Электронный текстиль (или умная одежда) - это ткани, в которые встроены цифровые компоненты и электроника, чтобы обеспечить дополнительную ценность для пользователя. Есть много других приложений, которые полагаются на интеграцию электроники в ткани, такие как технологии дизайна интерьера.
Этот тип технологии считается революционным, потому что он способен делать несколько вещей, которые обычные ткани не могут, в том числе проводить энергию, общаться, трансформироваться и расти.
Будущие приложения для умной одежды могут быть разработаны для мониторинга здоровья, слежения за солдатами и наблюдения за пилотом. Персональный и переносной физиологический мониторинг, связь, отопление и освещение могут извлечь выгоду из этой технологии.
8. Спинтроника
Спинтроника (или спиновая электроника) относится к собственному вращению электрона и связанному с ним магнитному моменту в физике твердого тела. Он сильно отличается от обычной электроники: наряду с состоянием заряда используются электронные спины для увеличения степени свободы.
Системы Spintronic могут использоваться для эффективного хранения и передачи данных. Эти устройства представляют особый интерес в области нейроморфных вычислений и квантовых вычислений.
Эта технология также используется в медицине (для выявления рака) и имеет большие перспективы для цифровой электроники.
7. Наноэлектромеханическая система
Наноэлектромеханическая система объединяет элементы электроники наноразмера с механическими машинами для формирования физических и химических датчиков. Они образуют следующий логический шаг миниатюризации из так называемых микроэлектромеханических систем.
Они обладают невероятными свойствами, которые прокладывают путь к различным применениям, от сверхвысокочастотных резонаторов до химических и биологических датчиков. Ниже приведены несколько важных атрибутов наноэлектромеханических систем -
- Основные частоты в микроволновом диапазоне
- Активная масса в диапазоне фемтограмм
- Массовая чувствительность до уровней аттограмм и субаттограмм
- Чувствительность к силе на уровне Аттоньютона
- Потребляемая мощность порядка 10 Вт.
- Чрезвычайно высокий уровень интеграции, достигающий одного триллиона элементов на квадратный сантиметр.
6. Молекулярная электроника
Как следует из названия, молекулярная электроника использует молекулы в качестве основного строительного блока для электронных схем. Это междисциплинарная область, которая охватывает материаловедение, химию и физику.
Эта технология позволит разработать гораздо меньшие электронные схемы (в наноразмерных масштабах), что в настоящее время возможно с использованием традиционных полупроводников, таких как кремний. В таких устройствах движение электрона определяется квантовой механикой.
Хотя целые схемы, состоящие исключительно из элементов молекулярного размера, очень далеки от реализации, растущая потребность в большей вычислительной мощности и ограниченность современных литографических методов делают переход неизбежным.
В настоящее время ученые работают над молекулами с интригующими характеристиками, чтобы добиться воспроизводимых и надежных контактов между молекулярными сегментами и объемным материалом электродов.
5. Электронный нос
Электронный нос идентифицирует определенные компоненты запаха и анализирует его химический состав. Он содержит механизм обнаружения химических веществ, в том числе массив электронных датчиков и инструментов искусственного интеллекта для распознавания образов.
Такие устройства существуют уже более двух десятилетий, но обычно они дороги и громоздки. Исследователи пытаются сделать эти устройства менее дорогими, меньшими и более чувствительными.
Электронные носовые инструменты используются исследовательскими учреждениями, производственными отделами и лабораториями контроля качества для различных целей, таких как обнаружение загрязнения, порчи и фальсификации. Они также используются в медицинской диагностике и обнаружении утечек газа и загрязняющих веществ для защиты окружающей среды.
4. 3D Биометрия
Использование биометрической информации увеличивается с каждым годом, особенно в областях, связанных с банковской деятельностью, криминалистикой и общественной безопасностью. Большая часть биометрического распознавания использует двумерные изображения.
Тем не менее несколько продвинутых биометрических методов были разработаны в последние несколько лет. Это включает в себя 3D-отпечатки пальцев, 3D-отпечатки ладоней, 3D-ухо и 3D-методы распознавания лиц.
Будь то в целях взаимодействия человека с компьютером или повышения безопасности, будет широкое применение для надежной биометрии.
3. Электронная кожа и язык
Растяжимые, гибкие и самовосстанавливающиеся материалы, которые могут имитировать свойства кожи животного или человека, называются электронной кожей. Существует широкий спектр материалов, которые реагируют на изменения давления и тепла и способны измерять информацию посредством физического взаимодействия.
Эти материалы могут открыть новые двери для полезных приложений, таких как протезирование, мягкая робототехника, мониторинг здоровья и искусственный интеллект. В будущем конструкции новых электронных шкур будет включать в себя материалы с высокой механической прочностью, лучшей способностью восприятия, рециркулируемостью и самовосстановлением свойства.
Электронный язык, с другой стороны, измеряет и сравнивает вкусы. Он содержит несколько датчиков, каждый из которых имеет различный спектр реакции, способный обнаруживать органические и неорганические соединения.
Электронные языки применяются в различных областях, от пищевой промышленности и индустрии напитков до фармацевтической промышленности. Он также используется для сравнения целевых продуктов и мониторинга параметров окружающей среды.
2. Мемристор
Концепция мемристоров была введена американским инженером-электриком Леоном Чуа в 1971 году. Он предположил возможность дополнительного нелинейного элемента цепи, связывающего магнитный поток и заряд.
Каждая электронная схема состоит из пассивных компонентов, таких как катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы. Существует четвертый компонент, называемый мемристором - это полупроводники, используемые для создания запоминающих устройств с низким энергопотреблением.
Мемристор регулирует ток, протекающий в цепи, запоминая количество заряда, ранее прошедшего через него. Мемристоры - это энергонезависимые компоненты, которые имеют очень высокую емкость и скорость хранения.
Патенты Memristors включают приложения в обработке сигналов, интерфейсах мозг-компьютер, реконфигурируемых вычислениях, программируемой логике и нейронных сетях. В будущем эти устройства могут быть применены для выполнения цифровой логики с применением на своем месте шлюза NAND.
1. Гибкий дисплей
Многие производители бытовой электроники проявляют интерес к гибким дисплеям: они работают над внедрением этой технологии в смартфонах и планшетах.
OLED на основе гибкой подложки (металлической, пластиковой или стеклянной) являются одним из наиболее перспективных электронных визуальных дисплеев, которые можно согнуть. Металлические и стеклянные панели, используемые в гибких ОСИД, очень тонкие, легкие, долговечные и практически небьющиеся.
На выставке CES 2018 компания LG представила первый прототип 65-дюймового OLED-дисплея с разрешением 4K, который можно катать. Телевизор раскручивается одним нажатием кнопки, а затем убирается из поля зрения, когда в этом нет необходимости.
В сентябре 2019 года компания Samsung выпустила новый складной смартфон, который можно использовать как для планшета, так и для смартфона.
Складные устройства текущего поколения имеют много недостатков и слишком дороги. Большинство из них являются доказательством концептуальных устройств для начинающих, а не устройств, подходящих для массового рынка. Тем не менее очевидно, что гибкие дисплеи превращаются в нечто совершенно иное, что может привести к удивительным событиям во всей технологической отрасли.