私たちの未来を変える12のエレクトロニクスの新興技術

その名のとおり、エマージング技術とは、その開発や実用化が広く実現されていない技術です。それらは、ロボット工学や人工知能から認知科学やナノテクノロジーに至るまで、さまざまな分野での進歩的な発展を表しています。

特にエレクトロニクス部門は、信号処理、情報処理、電気通信において重要な役割を果たしています。センサー、ダイオード、トランジスタ、集積回路などのコンポーネントを含む電気回路を扱います。簡単な言葉で言えば、現代のラップトップやスマートフォンなどの複雑な電子機器やシステムをカバーしています。

最初のタイプのトランジスタは1947年に発明されました。それ以来、私たちは長い道のりを歩んできました。現在単独で使用しているスマートフォンには、10億個以上のトランジスタが搭載されています。

これは始まりにすぎない。多くの革新的なデバイスはまだ発明されていません。未来が私たちに何をもたらすことができるかを調べましょう（エレクトロニクスの分野で）。

12。デジタル香りテクノロジー

CEATEC2016で発表されたアロマシューター

デバイス（または電子鼻）がオーディオ、ビデオ、Webページなどの香りに対応したメディアを感知、転送、受信できるようにする嗅覚技術の分野では、多くの研究が行われています。

Smell-O-Visionという名前の最初の臭気放出システムは、1950年代後半に発明されました。映画の映写中に臭いを発し、視聴者の体験を向上させることができました。

それ以来、多くの研究施設が同様の装置を考案してきました。そのうちの1つは1999年に開発されたiSmellでした。これは、さまざまな混合臭を生成できる128臭のカートリッジで構成されていました。ただし、特定の制限により、製品が商業的に発売されることはありませんでした。

CEATEC 2016で、ある会社がスマートフォンやPCで制御できるウェアラブルの香りデバイスを発表しました。香りのタイミングと分布、合成臭の健康上のリスクなど、まだ克服すべき多くのハードルがあります。

11。サーマルカッパーピラーバンプ

単一の基板に統合された電気的および熱的バンプ

サーマル銅ピラーバンプは、レーザーダイオード、半導体光増幅器、CPU、GPUなどの電子機器やオプトエレクトロニクスのパッケージングに使用されるマイクロサイズの熱電デバイスです。

Nextreme Thermal Solutionsは、アクティブな熱管理機能をチップレベルで統合するためにこのテクノロジーを開発しました。この方法は現在、IntelやAmkorなどの技術大手によって、マイクロプロセッサやその他の高度なチップをさまざまな表面に接続するために使用されています。

電流が回路基板を通過すると、サーマルバンプが熱を引き出して他のバンプに伝達します。このプロセスはペルティエ効果として知られており、これがサーマルバンプが電子回路からの熱を減らすのに役立つ方法です。

ソリッドステートヒートポンプとして機能し、チップの表面に熱管理機能を追加します。今日のサーマルバンプは、高さ約20μm、幅238μm（直径）です。次世代技術は、サーマルバンプの高さを10μmに下げるでしょう。

10。二硫化モリブデン

二硫化モリブデン（MoS2）

二硫化モリブデンは、摩擦が少なく堅牢であるため、乾式潤滑剤として電子機器で広く使用されている無機化合物です。シリコンと同様に、1.23eVのバンドギャップを持つ反磁性の間接バンドギャップ半導体です。

二硫化モリブデンは、1〜100マイクロメートルの範囲の粒子サイズを持つ一般的な乾燥潤滑剤です。効率的なトランジスタ、光検出器、2ストロークエンジン、ユニバーサルジョイントの製造によく使用されます。

2017年には、2次元の二硫化モリブデンを使用して115個のトランジスタを含む1ビットマイクロプロセッサを構築しました。また、3端子メモリトランジスタの作成にも使用されています。今後数年間で、この化合物はあらゆる種類の電子機器のバックボーンになる可能性があります。

9。 E-テキスタイル

電子テキスタイル（またはスマート衣類）は、着用者に付加価値を提供するためにデジタルコンポーネントと電子機器が埋め込まれたファブリックです。インテリアデザインテクノロジーなど、電子機器をファブリックに統合することに依存しているアプリケーションは他にもたくさんあります。

このタイプのテクノロジーは、エネルギーの伝導、通信、変換、成長など、従来のファブリックでは不可能ないくつかのことを実行できるため、革新的と見なされています。

スマート衣類の将来のアプリケーションは、健康状態の監視、兵士の追跡、パイロットの監視のために開発される可能性があります。個人用および携帯型の生理学的モニタリング、通信、暖房、照明はすべて、このテクノロジーの恩恵を受けることができます。

8。スピントロニクス

スピントロニクス（またはスピンエレクトロニクス）とは、固体物理学における電子の固有のスピンとそれに関連する磁気モーメントを指します。従来の電子機器とは大きく異なります。電荷状態とともに、自由度を高めるために電子スピンが使用されます。

スピントロニクスシステムは、データを効率的に保存および転送するために使用できます。これらのデバイスは、ニューロモルフィックコンピューティングと量子コンピューティングの分野で特に興味深いものです。

この技術は（癌を特定するために）医療分野でも使用されており、デジタル電子機器に大きな期待を寄せています。

7。ナノ電気機械システム

単結晶シリコンで製造されたナノ電気機械システムの電子顕微鏡写真|クレジット：H。G。Craighead

ナノ電気機械システムは、ナノサイズの電子要素を機械機械と統合して、物理的および化学的センサーを形成します。それらは、いわゆる微小電気機械システムからの論理的な次の小型化ステップを形成します。

それらは、極超短波共振器から化学的および生物学的センサーに至るまで、さまざまなアプリケーションへの道を開く信じられないほどの特性を持っています。以下は、ナノ電気機械システムのいくつかの重要な属性です–

• マイクロ波範囲の基本周波数
• フェムトグラム範囲のアクティブマス
• アトグラムおよびサブアトグラムレベルまでの質量感度
• アトニュートンレベルでの力の感度
• 10aw程度の消費電力。
• 非常に高い統合レベルで、1平方センチメートルあたり1兆要素に達します。

読む：NEMS – NanoElectroMechanical Systems |簡単な概要

6。分子エレクトロニクス

単一分子デバイスの図

名前が示すように、分子エレクトロニクスは、電子回路の主要な構成要素として分子を使用します。これは、材料科学、化学、物理学にまたがる学際的な分野です。

この技術により、シリコンなどの従来の半導体を使用して現在可能である、はるかに小さな電子回路（ナノスケール）の開発が可能になります。このようなデバイスでは、電子の運動は量子力学によって支配されます。

分子サイズの要素だけで構成される回路全体は実現にはほど遠いですが、より多くの計算能力に対する需要の高まりと今日のリソグラフィー技術の制限により、移行は避けられないように思われます。

科学者たちは現在、分子セグメントと電極のバルク材料との間の再現性と信頼性の高い接触を実現するために、興味深い特性を備えた分子に取り組んでいます。

5。電子鼻

電子鼻は、匂いの特定の成分を識別し、その化学的構成を分析します。一連の電子センサーやパターン認識用の人工知能ツールなど、化学検出のメカニズムが含まれています。

このようなデバイスは20年以上前から存在していますが、通常は高価でかさばります。研究者は、これらのデバイスをより安価で、より小さく、より感度の高いものにしようとしています。

電子ノーズ機器は、研究施設、製造部門、品質管理研究所で、汚染、腐敗、異物混入の検出などのさまざまな目的で使用されています。また、環境保護のためのガス漏れや汚染物質の医療診断や検出にも使用されます。

読む：銅と酸化グラフェンで構築された最も強力なバイオセンサーシステム

4。 3Dバイオメトリクス

生体情報の使用は、特に銀行、法医学、および公安に関連する分野で、年々増加しています。ほとんどの生体認証は2次元画像を使用します。

ただし、過去数年間にいくつかの高度な生体認証技術が開発されました。これには、3D指紋、3D掌紋、3D耳、および3D顔認識技術が含まれます。

人間とコンピュータの相互作用または強化されたセキュリティの目的であるかどうかにかかわらず、堅牢な生体認証の幅広いアプリケーションがあります。

3。電子皮膚と舌

ワインテイスティングの電子舌|クレジット：Kenny McMahon /ワシントン州立大学

動物や人間の皮膚の特徴を模倣できる、伸縮性があり、柔軟性があり、自己回復する材料は、電子皮膚と呼ばれます。圧力と熱の変化に反応し、物理的な相互作用を介して情報を測定できるさまざまな材料があります。

これらの材料は、義肢、ソフトロボティクス、健康監視、人工知能などの有用なアプリケーションへの新しい扉を開く可能性があります。新しい電子スキンの将来の設計には、高い機械的強度、優れた検知能力、リサイクル性、および自己修復特性を備えた材料が含まれる予定です。

一方、電子舌は味を測定して比較します。複数のセンサーが含まれています。それぞれに異なる反応スペクトルがあり、有機化合物と無機化合物を検出できます。

味覚センサーは、食品・飲料分野から製薬業界に至るまで、さまざまな分野で応用されています。また、ターゲット製品のベンチマークや環境パラメーターの監視にも使用されます。

読む：14ナノテクノロジーのなじみのない使用法|メリットとアプリケーション

2。 Memristor

メモリスタの概念は、1971年にアメリカの電気技師レオンチュアによって導入されました。彼は、磁束と電荷をリンクする追加の非線形回路要素の可能性を推測しました。

すべての電子回路は、インダクタ、コンデンサ、抵抗などの受動部品で構成されています。 memristorと呼ばれる4番目のコンポーネントがあります。これらは、低消費電力のストレージデバイスを作成するために使用される半導体です。

メモリスタは、以前に回路を流れた電荷の量を記憶しながら、回路内の電流の流れを調整します。メモリスタは、非常に高いストレージと速度を備えた不揮発性コンポーネントです。

Memristorsの特許には、信号処理、ブレインコンピューターインターフェイス、再構成可能コンピューティング、プログラマブルロジック、およびニューラルネットワークでのアプリケーションが含まれます。将来的には、これらのデバイスを適用して、NANDゲートの代わりに影響を与えるデジタルロジックを実行できるようになります。

1。フレキシブルディスプレイ

Royale：超薄型フレキシブルディスプレイ|画像クレジット：Paul Sawers / VentureBeat

多くの家電メーカーはフレキシブルディスプレイに関心を示しています。彼らはこのテクノロジーをスマートフォンやタブレットに適用するために取り組んでいます。

柔軟な基板（金属、プラスチック、またはガラスのいずれか）に基づくOLEDは、曲げることができる最も有望な電子ビジュアルディスプレイの1つです。フレキシブルOLEDに使用されている金属とガラスのパネルは、非常に薄く、軽く、耐久性があり、実質的に飛散防止です。

LGはCES2018で、回転可能な65インチ4KOLEDディスプレイのプロトタイプを発表しました。テレビはボタンを押すだけで展開し、不要な場合は表示されなくなります。

2019年9月、Samsungは、タブレットとスマートフォンの両方として使用できる新しい折りたたみ式スマートフォンを発売しました。

読む：世界を変えたテクノロジーの9つの法則

現世代の折りたたみ式デバイスには多くの欠陥があり、高価すぎます。それらのほとんどは、マスマーケットに適したデバイスではなく、アーリーアダプター向けの概念実証デバイスです。ただし、フレキシブルディスプレイが非常に異なるものに進化していることは明らかであり、テクノロジー業界全体で驚くべき発展につながる可能性があります。