12 новых технологий в электронике, которые изменят наше будущее

Как следует из названия, новые технологии - это те, разработка и практическое применение которых практически не реализованы. Они представляют собой прогрессивные разработки в различных областях, от робототехники и искусственного интеллекта до когнитивных наук и нанотехнологий.

Отрасль электроники, в частности, играет решающую роль в обработке сигналов, обработке информации и телекоммуникациях. Он имеет дело с электрическими цепями, которые включают такие компоненты, как датчики, диоды, транзисторы и интегральные схемы. Простым языком он охватывает сложные электронные приборы и системы, такие как современные ноутбуки и смартфоны.

Первый тип транзистора был изобретен в 1947 году. С тех пор мы прошли большой путь. Один только смартфон, который вы используете сегодня, содержит более миллиарда транзисторов.

Это только начало. Еще предстоит изобрести много революционных устройств. Давайте узнаем, что может принести нам будущее (в области электроники).

12. Цифровая технология запаха

Стрелок аромата представлен на CEATEC 2016

В области обонятельной технологии, которая позволяет устройствам (или электронным носам) ощущать, передавать и принимать мультимедийные средства с поддержкой запахов, такие как аудио, видео и веб-страницы, проводится множество исследований.

Первая система выделения запаха под названием Smell-O-Vision была изобретена в конце 1950-х годов. Он мог издавать запах во время показа фильма, чтобы зрители чувствовали себя лучше.

С тех пор подобные устройства были созданы во многих исследовательских центрах. Одним из них был iSmell, разработанный в 1999 году. Он состоял из картриджа на 128 запахов, из которого можно было производить различные смешанные запахи. Однако из-за определенных ограничений продукт так и не был запущен в продажу.

На CEATEC 2016 компания представила носимое ароматизирующее устройство, которым можно управлять с помощью смартфонов и ПК. Ему все еще предстоит преодолеть множество препятствий, в том числе время и распространение запахов, а также опасность для здоровья синтетических запахов.

11. Тепловой удар медной опоры

Электрические и тепловые удары на одной подложке

Тепловой медный столбик представляет собой термоэлектрическое устройство микро-размеров, используемое для упаковки электроники и оптоэлектроники, например лазерных диодов, полупроводниковых оптических усилителей, ЦП и графических процессоров.

Компания Nextreme Thermal Solutions разработала эту технологию для интеграции функций активного управления температурным режимом на уровне микросхемы. Этот метод сейчас используется техническими гигантами, включая Intel и Amkor, для подключения микропроцессоров и других передовых микросхем к различным поверхностям.

Когда ток проходит через печатную плату, тепловой удар отводит тепло и передает его другому выступу. Этот процесс известен как эффект Пельтье, и именно так тепловой удар помогает уменьшить тепло от электронных схем.

Он действует как твердотельный тепловой насос и добавляет функции управления температурой на поверхности микросхемы. Современные тепловые удары составляют около 20 мкм в высоту и 238 мкм в ширину (диаметр). Технология следующего поколения снизит высоту тепловых ударов до 10 мкм.

10. Дисульфид молибдена

Дисульфид молибдена (MoS2)

Дисульфид молибдена - неорганическое соединение, 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 шириной запрещенной зоны 1,23 эВ.

Дисульфид молибдена - это обычная сухая смазка с размером частиц в диапазоне 1-100 микрометров. Его часто используют при 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 устройств.

9. Электронный текстиль

Электронный текстиль (или умная одежда) - это ткань, в которую встроены цифровые компоненты и электроника, которые обеспечивают дополнительную ценность для владельца. Есть много других приложений, которые полагаются на интеграцию электроники в ткани, например, технологии дизайна интерьера.

Этот тип технологии считается революционным, потому что он может выполнять некоторые функции, которые не могут быть выполнены обычными тканями, в том числе проводить энергию, общаться, трансформироваться и расти.

В будущем могут быть разработаны приложения для умной одежды для наблюдения за здоровьем, слежения за солдатами и наблюдения за пилотом. Персональный и переносной физиологический мониторинг, связь, обогрев и освещение могут извлечь выгоду из этой технологии.

8. Спинтроника

Спинтроника (или спиновая электроника) относится к собственному спину электрона и связанному с ним магнитному моменту в физике твердого тела. Она сильно отличается от обычной электроники:наряду с зарядовым состоянием для увеличения степени свободы используются спины электронов.

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 открывает большие перспективы для цифровой электроники.

7. Наноэлектромеханическая система

Электронная микрофотография наноэлектромеханической системы, изготовленной из монокристаллического кремния | Предоставлено:Х. Г. Крейгхед

Наноэлектромеханическая система объединяет элементы электроники наноразмеров с механическими механизмами для формирования физических и химических датчиков. Они образуют следующий логический этап миниатюризации так называемых микроэлектромеханических систем.

Они обладают невероятными свойствами, которые открывают путь к различным применениям, от сверхвысокочастотных резонаторов до химических и биологических датчиков. Ниже приведены несколько важных атрибутов наноэлектромеханических систем -

• Основные частоты микроволнового диапазона.
• 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.

Читайте:NEMS - Наноэлектромеханические системы | Простой обзор

6. Молекулярная электроника

Иллюстрация устройства на одной молекуле

Как следует из названия, молекулярная электроника использует молекулы в качестве основного строительного блока для электронных схем. Это междисциплинарная область, охватывающая материаловедение, химию и физику.

Эта технология позволит разрабатывать электронные схемы гораздо меньшего размера (в наномасштабе), что в настоящее время возможно с использованием традиционных полупроводников, таких как кремний. В таких устройствах движение электрона регулируется квантовой механикой.

Хотя полные схемы, состоящие исключительно из элементов молекулярного размера, очень далеки от реализации, растущий спрос на большую вычислительную мощность и ограничения сегодняшних литографических технологий делают переход неизбежным.

В настоящее время ученые работают над молекулами с интересными характеристиками, чтобы добиться воспроизводимых и надежных контактов между молекулярными сегментами и основной массой электродов.

5. Электронный нос

Электронный нос определяет определенные компоненты запаха и анализирует его химический состав. Он содержит механизм химического обнаружения, в том числе набор электронных датчиков и инструменты искусственного интеллекта для распознавания образов.

Такие устройства существуют уже более двух десятилетий, но, как правило, были дорогими и громоздкими. Исследователи пытаются сделать эти устройства менее дорогими, компактными и более чувствительными.

Электронные носовые инструменты используются исследовательскими центрами, производственными отделами и лабораториями контроля качества для различных целей, таких как обнаружение загрязнения, порчи и фальсификации. Они также используются для медицинской диагностики и обнаружения утечек газа и загрязняющих веществ для защиты окружающей среды.

Читайте:Самая мощная биосенсорная система, построенная на основе оксида меди и графена

4. 3D-биометрия

Использование биометрической информации увеличивается с каждым годом, особенно в областях, связанных с банковским делом, судебной экспертизой и общественной безопасностью. В большинстве случаев для биометрического распознавания используются двухмерные изображения.

Однако за последние несколько лет было разработано несколько продвинутых биометрических методов. Сюда входят методы 3D-отпечатка пальца, 3D-отпечатка ладони, 3D-уха и 3D-распознавания лиц.

Будь то в целях взаимодействия человека с компьютером или повышения безопасности, надежная биометрия будет широко применяться.

3. Электронная кожа и язык

Электронный язык для дегустации вин | Фото:Кенни МакМахон / Вашингтонский университет

Растяжимые, гибкие и самовосстанавливающиеся материалы, которые могут имитировать черты кожи животных или человека, называются электронной кожей. Существует широкий спектр материалов, которые реагируют на изменения давления и тепла и могут измерять информацию посредством физического взаимодействия.

Эти материалы могут открыть новые двери для полезных приложений, таких как протезирование, мягкая робототехника, мониторинг здоровья и искусственный интеллект. Будущие конструкции новых электронных оболочек будут включать материалы с высокой механической прочностью, лучшей чувствительностью, пригодностью для вторичной переработки и самовосстановлением.

С другой стороны, электронный язык измеряет и сравнивает вкусы. Он содержит несколько датчиков; у каждого свой спектр реакций, способных обнаруживать органические и неорганические соединения.

Электронные языки находят применение в различных областях, от сектора продуктов питания и напитков до фармацевтической промышленности. Он также используется для тестирования целевых продуктов и мониторинга параметров окружающей среды.

Читайте:14 необычных применений нанотехнологий | Преимущества и применение

2. Мемристор

Концепция мемристоров была введена американским инженером-электриком Леоном Чуа в 1971 году. Он сделал вывод о возможности создания дополнительного элемента нелинейной схемы, 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 в цепи, запоминая количество заряда, которое ранее прошло через него. Мемристоры - это энергонезависимые компоненты, которые обладают очень высокой емкостью, а также быстродействием.

Патенты мемристоров включают приложения в области обработки сигналов, интерфейсов мозг-компьютер, реконфигурируемых вычислений, программируемой логики и нейронных сетей. В будущем эти устройства могут быть применены для выполнения цифровой логики с включением вместо нее логического элемента NAND.

1. Гибкий дисплей

Royole:сверхтонкий гибкий дисплей | Изображение предоставлено:Пол Саверс / VentureBeat

Многие производители бытовой электроники проявляют интерес к гибким дисплеям:они работают над применением этой технологии в смартфонах и планшетах.

OLED на основе гибкой подложки (из металла, пластика или стекла) являются одними из самых многообещающих электронных визуальных дисплеев, которые можно гнуть. Металлические и стеклянные панели, используемые в гибких органических светодиодах, очень тонкие, легкие, прочные и практически небьющиеся.

На выставке CES 2018 компания LG представила прототип 65-дюймового 4K OLED-дисплея с возможностью поворота. Телевизор разворачивается одним нажатием кнопки, а затем убирается из поля зрения, когда в этом нет необходимости.

В сентябре 2019 года Samsung представила новый складной смартфон, который можно использовать как планшет, так и смартфон.

Прочтите:9 законов технологий, изменивших мир

Складные устройства текущего поколения имеют много недостатков и слишком дороги. Большинство из них являются доказательством наличия концептуальных устройств для первых пользователей, а не устройства, подходящие для массового рынка. Однако очевидно, что гибкие дисплеи превращаются во что-то совершенно иное, что может привести к поразительным изменениям в технологической индустрии.