Новые технологии – это разработки и их практическое применение, которые пока что не получили широкого распространения.
Электроника играет решающую роль в обработке сигналов, информации и телекоммуникациях. Делает это с помощью электрических цепей, состоящих из датчиков, диодов, транзисторов и интегральных схем. В целом, охватывает сложные электронные устройства и системы, например, современные ноутбуки и смартфоны.
Первый тип транзистора появился в 1947 году. С тех пор прогресс был значительным. Современный смартфон вмещает более миллиарда транзисторов.
Начало положено. Ещё множество революционных устройств ждут своего изобретения. Рассмотрим, чем может порадовать нас будущие в области электроники.
12. Цифровая технология запаха
В конце 1950-х годов создали первую систему обонятельных эффектов под названием Smell-O-Vision. Система позволяла выпускать запахи во время показа фильма для повышения впечатления зрителей.
С тех пор многие исследовательские учреждения создали подобные устройства. Одним из них стал iSmell, разработанный в 1999 году. В его состав входил картридж со 128 запахами, позволяющий формировать различные смешанные ароматы. В связи с некоторыми ограничениями продукт так и не вышел на рынок.
На выставке CEATEC 2016 компания представила носимое устройство для аромата, управляемое через смартфоны и ПК. Успешное внедрение устройства зависит от преодоления ряда проблем, таких как время распространения ароматов и риски для здоровья, связанные с синтетическими запахами.
11. Термальная медная стойка
Термо-медный столб – это микроэлектронное термоэлектрическое устройство, применяемое для размещения электроники и оптоэлектроники, например, лазерных диодов, полупроводниковых оптических усилителей, центральных и графических процессоров.
Компания Nextreme Thermal Solutions создала технологию для интеграции функции активного температурного управления на уровне микросхемы. В настоящее время данный метод применяют технические гиганты, такие как Intel и Amkor, для подключения процессоров и современных чипов к различным поверхностям.
Тепловая шинка отводит тепло от монтажной платы, передавая его другому элементу. Такой процесс называется эффектом Пельтье, с помощью которого тепловой удар снижает температуру в электронных схемах.
Работая как полупроводниковые тепловые насосы, этот компонент управляет температурой поверхности чипа. Тепловые неровности нынешнего поколения имеют высоту около 20 мкм и ширину 238 мкм (диаметр). Технология нового поколения снизит высоту тепловых ударов до 10 мкм.
10. Дисульфид молибдена
Молибдена дисульфид — неорганическое соединение, применяемое в электронике как сухая смазка благодаря низкому трению и прочности. Подобно кремнию, это диамагнитный полупроводник с непрямой запрещённой зоной шириной 1,23 эВ.
Молибдена дисульфид — обычная сухая смазка с размером частиц от одного до ста микрон. Его применяют при изготовлении транзисторов, фотоприёмников, двухтактных двигателей и шарниров.
В 2017 году двумерный дисульфид молибдена послужил материалом для изготовления 1-битного микропроцессора с 115 транзисторами и 3-терминальных мемтранзисторов. В обозримом будущем это соединение может стать основой для всех видов электронных устройств.
9. Электронный Текстиль
Электронный текстиль, или умная одежда, – это ткани с встроенными цифровыми элементами и электроникой, добавляющими пользователю новые возможности. Иные области применения этой технологии включают дизайн интерьеров.
Эта технология революционна, поскольку может выполнять ряд функций, недоступных обычным тканям: проводить энергию, обмениваться информацией, претерпевать трансформации и расти.
Разрабатываемые приложения для умной одежды могут использоваться для контроля здоровья, слежения за военнослужащими и наблюдения за пилотом. Личный и переносимый физиологический мониторинг, связь, обогрев и освещение смогут воспользоваться этой технологией.
8. Спинтроника
Спинтроника, или спиновая электроника, изучает собственное вращение электрона и связанный с ним магнитный момент в физике твердого тела.
Данная область сильно отличается от традиционной электроники: наряду с состоянием заряда для увеличения степени свободы применяются электронные спины.
Spintronic системы подходят для эффективного хранения и передачи информации. Такие приборы важны для нейроморфных вычислений и квантовых вычислений.
Технологию применяют в медицине для обнаружения рака, а также видят большой потенциал ее использования в цифровой электронике.
7. Наноэлектромеханическая система
Наноэлектромеханическая система сочетает элементы электроники наноразмеров с механическими устройствами, создавая физические и химические датчики.
Обладая невероятными свойствами, эти системы прокладывают путь к разнообразным применениям, от сверхвысокочастотных резонаторов до химических и биологических датчиков.
- Основные частоты в микроволновом диапазоне
- Активная масса в диапазоне фемтограмм
- Чувствительность на уровне аттограммов и субаттограммов.
- Чувствительность к силе на уровне Аттоньютона
- Потребляемая мощность порядка 10 Вт.
- Интеграция настолько высока, что достигает одного триллиона элементов на квадратный сантиметр.
6. Молекулярная электроника
Молекулярная электроника применяет молекулы в качестве основы для построения электронных схем. Это наука, объединяющая материалovedenie, химию и физику.
Технология откроет возможность создавать электронные схемы значительно меньшего размера, чем нынешние наномасштабные схемы, сделанные с помощью кремния и других обычных полупроводников. В таких устройствах движение электронов будет подчиняться законам квантовой механики.
Полные схемы, собранные только из молекулярных компонентов, пока находятся в далеком будущем, но возрастающее требование к вычислительным возможностям и ограничения нынешних методов фотолитографии заставляют переходить на новые технологии.
Ученые разрабатывают молекулы с необычными свойствами для создания устойчивых связей между участками молекул и электродами.
5. Электронный нос
Электронный нос выделяет составляющие запаха и изучает его химический состав. В нём есть система выявления химических веществ, состоящая из массива электронных датчиков и инструментов искусственного интеллекта для распознавания образов.
Такие устройства известны уже более двадцати лет, но часто стоят дорого и занимают много места. Учёные стремятся сделать их доступнее, компактнее и более тонкими.
Электронные носовые инструменты применяют исследовательские учреждения, производственные отделы и лаборатории контроля качества для выявления загрязнений, порчи и подделки. Также их используют в медицине, а также при выявлении утечек газа и загрязняющих веществ для охраны окружающей среды.
4. 3D Биометрия
Применение биометрических данных растёт ежегодно, преимущественно в финансовой сфере, криминалистике и обеспечении общественного порядка. Большинство систем биометрической идентификации функционируют на основе двухмерных изображений.
Некоторые продвинутые биометрические методы появились в последнее время. К ним относятся 3D-сканирование пальцев, 3D-сканирование ладоней, 3D-сканирование ушей и 3D-методы распознавания лиц.
Надежная биометрия найдет широкое применение как в сфере взаимодействия человека с компьютером, так и в повышении безопасности.
3. Электронная кожа и язык
Гибкие и способные восстанавливаться материалы, повторяющие характеристики кожи животных или людей, называют электронными кожными покровами.
Материалы могут открыть новые пути для приложений, таких как протезирование, мягкая робототехника, мониторинг состояния здоровья и искусственный интеллект. В будущем конструкции электронных шкур будут включать материалы с высокой прочностью, улучшенной способностью восприятия, рециркулируемостью и самовосстановлением.
Электронный язык определяет и сопоставляет вкусовые предпочтения. В его конструкции присутствуют датчики, каждый из которых обладает собственным спектром реагирования на обнаружение как органических, так и неорганических соединений.
Электронные языки применяют в разных отраслях, начиная с пищевой и заканчивая фармацевтической. Их используют для сопоставления готовых изделий и контроля условий внешней среды.
2. Мемристор
Леоном Чуа, американским инженером-электриком, была предложена концепция мемристоров в 1971 году. Предполагалось добавление нелинейного элемента в электрическую цепь, соединяющего магнитный поток с зарядом.
Каждая электронная схема включает пассивные компоненты: катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы. Четвёртый компонент, мемристор, представляет собой полупроводники, применяемые для изготовления запоминающих устройств с малым энергопотреблением.
Мемристор управляет током в цепи, сохраняя информацию о количестве заряда, которое прошло через него ранее. Это автономные элементы с большой емкостью и скоростью хранения данных.
Патенты на мемристоры охватывают области обработки сигналов, интерфейсов «мозг-компьютер», перенастраиваемых вычислений, программируемой логики и нейронных сетей. В перспективе эти устройства могут быть использованы для выполнения цифровой логики с применением встроенного шлюза NAND.
1. Гибкий дисплей
Многие производители бытовой техники интересуются гибкими дисплеями, разрабатывая их для интеграции в смартфоны и планшеты.
Экраны OLED на гнущейся основе (металлической) пластиковойСтеклянными) считаются одним из самых перспективных электронных визуальных дисплеев, которые можно согнуть. Металлические и стеклянные панели, используемые в гибких ОСИД, очень тонкие, легкие, долговечные и почти не бьются.
На выставке CES 2018 компания LG представила первый прототип телевизора с гибким OLED-экраном размером 65 дюймов и разрешением 4K. Телевизор можно раскрутить одним нажатием кнопки и затем спрятать, когда в этом нет необходимости.
В сентябре 2019 года Samsung представила новый складной смартфон, работающий как в режиме планшета, так и в режиме смартфона.
Складные устройства нынешнего поколения обладают многими недостатками и стоят слишком дорого. Большинство из них являются образцами концептуальных устройств для новичков, а не массового рынка. Тем не менее ясно, что гибкие дисплеи становятся чем-то новым, что может привести к удивительным событиям во всей технологической отрасли.