El mercado de sensores impresos alcanzará los 4.500 millones de dólares para 2030, dice IDTechEx

Matthew Dyson de, IDTechEx

Los sensores impresos son un mercado de 3.600 millones de dólares (3.100 millones de euros) impulsado por la diversidad, dice el Dr. Matthew Dyson, IDTechEx analista de tecnología, ha publicado recientemente el siguiente artículo. Este artículo sigue al lanzamiento del nuevo informe de IDTechEx, "Sensores impresos y flexibles 2020-2030:tecnologías, jugadores, pronósticos".

Al considerar las perspectivas de una tecnología emergente, es fácil hacer afirmaciones generales. Por ejemplo, afirmar que "una mayor cantidad de dispositivos conectados, comúnmente conocida como Internet de las cosas (IoT), aumentará la demanda de sensores impresos" parece una declaración indiscutible.

Sin embargo, como en tantas áreas de la vida, una afirmación tan general enmascara un paisaje subyacente complejo. Cada tecnología tiene diferentes aplicaciones objetivo y diferentes barreras de adopción, tanto comerciales como técnicas. Como tal, la información real requiere un análisis mucho más granular, en el que cada tecnología de sensor y aplicación potencial se considera de forma independiente.

El reciente informe de IDTechEx sobre sensores impresos emplea este enfoque granular. Incluye capítulos sobre una amplia gama de categorías de sensores impresos, incluidos sensores de imagen orgánicos e híbridos, sensores de presión piezorresistivos y piezoeléctricos, sensores de tensión extensibles, sensores de temperatura, electrodos impresos para parches cutáneos, biosensores, alternativas de ITO para sensores táctiles capacitivos y otros.

Se prevé que el mercado general de sensores impresos y flexibles alcance los 4.500 millones de dólares (3.900 millones de euros) para 2030, con un crecimiento especialmente rápido en los sensores de imagen híbridos que crecerán de menos de 1 millón de dólares (0,87 millones de euros) en la actualidad a alrededor de 800 millones de dólares (€ 698 millones) para 2030. El informe en su conjunto incluye más de 25 líneas de pronóstico que cubren diferentes tecnologías y aplicaciones y menciona 120 empresas y organizaciones diferentes.

Este enfoque revela una imagen complicada, con diferentes tecnologías en diferentes etapas de adopción para diferentes aplicaciones. El cuadro a continuación muestra la evaluación de IDTechEx de la preparación para la adopción en toda la gama de tecnologías y aplicaciones de sensores impresos (cada color representa una tecnología o aplicación diferente).

El estado de cada tecnología de sensor impreso, entre el concepto y la comercialización. Para obtener un análisis detallado de cada tecnología y su estado en el camino hacia una adopción generalizada en múltiples aplicaciones, consulte el informe reciente de IDTechEx "Sensores impresos y flexibles 2020-2030:tecnologías, reproductores, pronósticos".

Tres enfoques de detección de imágenes

IDTechEx divide los sensores de imágenes impresas en tres categorías:totalmente orgánicos, híbridos orgánicos en CMOS e híbridos de puntos cuánticos en CMOS. Los fotodetectores totalmente orgánicos (OPD) se pueden considerar como células solares orgánicas operadas a la inversa, con capas de semiconductor orgánico impresas secuencialmente sobre un sustrato flexible. Esto los hace, en principio, compatibles con la fabricación continua de grandes superficies.

La principal aplicación de destino para los OPD es la autenticación biométrica, con una estrategia que implica colocar un sensor de huellas dactilares de área grande debajo de una pantalla. Sin embargo, dado que los sensores de huellas dactilares ya existen, incluidos los montados debajo de las pantallas, el uso de OPD para esta aplicación parece ser más el resultado de un impulso tecnológico que de una necesidad del mercado.

La propuesta de valor es mucho más clara para las imágenes de rayos X, donde se requieren sensores de área grande debido a la dificultad de enfocar los rayos X. Sin embargo, los líderes del mercado están desarrollando un sensor flexible basado en silicio amorfo, que llena el nicho que los OPD esperaban ocupar.

Desde nuestro punto de vista, son más prometedores los sensores de imagen híbridos. Estos comprenden una capa delgada de un semiconductor orgánico o puntos cuánticos que absorbe la luz, con cargas recolectadas a través de un circuito integrado de lectura CMOS. Este enfoque es transformador, ya que permite detectar la luz con longitudes de onda superiores a 1000 nm mediante la adaptación de la tecnología CMOS existente; anteriormente, esto se hacía generalmente con detectores basados ​​en InGaAs muy costosos.

Las imágenes SWIR satisfacen una necesidad genuina del mercado, tanto para la inspección industrial como para los sistemas de asistencia al conductor y los vehículos autónomos, ya que la luz en longitudes de onda más largas se dispersa menos por el polvo y la niebla.

Fundamentalmente para la adopción comercial, los detectores híbridos "X-on-CMOS" se pueden producir con modificaciones mínimas a las líneas de fabricación CMOS existentes, lo que reduce en gran medida las barreras de entrada. En la actualidad, los detectores híbridos basados ​​en puntos cuánticos son sensibles a longitudes de onda más largas que sus equivalentes híbridos orgánicos y, de hecho, están disponibles comercialmente.

Sin embargo, los detectores híbridos orgánicos están a punto de lanzarse en las cámaras de transmisión, donde ofrecen beneficios que incluyen una sensibilidad espacialmente variable para evitar la sobreexposición y resolver el compromiso existente entre la resolución y el uso de un obturador global, ya que el silicio ya no se usa para absorber la luz incidente.

Para obtener un análisis más detallado de la tecnología de detección de imágenes subyacente, la motivación para las imágenes SWIR y la evaluación de las perspectivas comerciales de los sensores de imágenes impresas, consulte el informe de IDTechEx "Sensores impresos y flexibles 2020-2030:tecnologías, reproductores, pronósticos".

La detección de presión busca aplicaciones de mayor valor

Los sensores de presión piezorresistivos tienen una larga tradición y se utilizan en sensores de presencia de automóviles, instrumentos musicales electrónicos y algunos dispositivos médicos. Sin embargo, estos mercados son bastante maduros y están sujetos a la mercantilización. Como tal, los fabricantes buscan innovar para diferenciar sus sensores y acceder a aplicaciones de mayor valor.

Estas innovaciones, que se encuentran en una etapa de adopción más temprana que los sensores de presión de un solo punto establecidos, incluyen almohadillas de seguimiento "3D-touch" que monitorean la presión y la posición, sensores híbridos piezorresistivos / capacitivos e incluso detectores translúcidos / transparentes.

Agregar funcionalidad adicional aumenta el área de sensor requerida en un dispositivo y el costo por área. El desafío es encontrar aplicaciones en las que la capacidad de detección de presión satisfaga una necesidad genuina del mercado, ya que los trackpad e interruptores capacitivos están muy bien establecidos.

Los sensores piezoeléctricos imprimibles, en los que se acoplan la variación en el voltaje aplicado y las dimensiones, pueden detectar la presión. Hay dos tecnologías en competencia, polímeros especiales o un compuesto que contiene cerámica, de los cuales el primero está un poco más establecido.

Ambos se encuentran en un nivel de adopción mucho más temprano que los sensores piezorresistivos y, por lo tanto, es poco probable que compitan directamente con la tecnología más madura en los mismos espacios de aplicación. En cambio, están apuntando a la detección de vibraciones de alta frecuencia, para la cual los sensores piezoeléctricos son mucho más adecuados que los contrapartes piezorresistivas. Sin embargo, hasta ahora los fabricantes han tenido más tracción en aplicaciones que utilizan materiales piezoeléctricos imprimibles como actuadores.

El informe reciente de IDTechEx, "Sensores impresos y flexibles 2020-2030:tecnologías, reproductores, pronósticos", describe la dirección actual y futura de la tecnología de detección piezorresistiva y piezoeléctrica.

Materiales de reemplazo de ITO

Otra aplicación con múltiples tecnologías en competencia en diferentes etapas de adopción son los conductores transparentes, que se utilizan principalmente como un sustituto de ITO para las pantallas táctiles capacitivas. Esto es deseable ya que ITO es frágil y, por lo tanto, no es compatible con pantallas plegables / flexibles. Además, ITO en PET solo tiene una conductividad moderada.

Los nanocables de plata (AgNW) han tenido un largo viaje de comercialización, que se ha extendido por más de 15 años y ha sido testigo de muchos altibajos dramáticos. Anteriormente, los AgNW se adoptaron en pantallas táctiles de gran superficie y, en la actualidad, están apareciendo en más productos, como pantallas flexibles.

La malla metálica híbrida también se adoptó en pantallas táctiles del tamaño de una mesa, pero ha tenido problemas para entrar en aplicaciones de mayor tamaño. La malla metálica totalmente impresa también sigue avanzando, especialmente en la reducción del ancho de línea con la impresión de banda estrecha, aunque este sigue siendo un mercado difícil en general.

Otros materiales para películas conductoras transparentes, en particular los nanotubos de carbono y el grafeno, se encuentran más temprano en su ciclo de adopción. El desafío para estas tecnologías es que compiten no solo con ITO, sino también con las opciones más desarrolladas de nanocables de plata y mallas metálicas impresas. Esto les dificulta establecer una propuesta de valor clara, independientemente de su relación conductividad / neblina.

Los materiales conductores transparentes, sus perspectivas de adopción y los principales actores se analizan ampliamente en el informe de IDTechEx "Películas y materiales conductores transparentes 2019-2029:pronósticos, tecnologías, jugadores".

Electrodos usables para monitoreo continuo

Una tendencia importante en el espacio de la salud / bienestar / fitness es el aumento de la monitorización continua. En lugar de tomar lecturas aisladas, ya sea en casa o en el médico, la monitorización continua permite leer de forma continua parámetros biológicos como la temperatura y la frecuencia cardíaca. Junto con el software adecuado, esto reducirá la necesidad de visitas al médico, permitirá un diagnóstico más temprano y controlará los niveles de condición física durante el ejercicio.

La monitorización de la frecuencia cardíaca y la realización de electrocardiogramas y otras mediciones de la actividad muscular, por ejemplo, requiere electrodos. En la actualidad, estos se basan principalmente en un broche de metal rígido con un gel electrolítico. Sin embargo, este enfoque no es adecuado para un uso prolongado y, por lo tanto, los electrodos impresos están ganando terreno.

Un factor adicional para la adopción es que los dispositivos portátiles se volverán cada vez más integrados y flexibles, con circuitos impresos e incluso montados directamente sobre sustratos flexibles e incluso estirables. La impresión de los electrodos permite que se depositen junto con las interconexiones, lo que reduce la complejidad de la fabricación, mientras que la colocación de los circuitos integrados en sustratos flexibles permite utilizar su capacidad de procesamiento superior. Los circuitos flexibles que comprenden tanto la funcionalidad impresa como la colocada se denominan electrónica híbrida flexible (FHE).

Se prevé que esta tecnología de rápida aparición supere los $ 3 mil millones (€ 2 mil millones) para 2030 y se analiza ampliamente en el reciente informe de IDTechEx "Electrónica híbrida flexible 2020-2030:aplicaciones, desafíos, innovaciones y pronósticos".

IDTechEx cree que es probable que los electrodos portátiles se adopten en parches médicos para la piel antes que en la ropa inteligente, a pesar de las barreras regulatorias asociadas con los dispositivos médicos. Existe una atracción mucho mayor en el mercado de los parches para la piel que se pueden llevar puestos con electrodos impresos, ya que ofrecen ventajas médicas genuinas, como un uso más fácil fuera del hospital y una mayor comodidad para el paciente.

Además, un parche para la piel completamente integrado puede tener un precio mucho más alto en un entorno médico que una tecnología de monitorización similar en un contexto de bienestar / estilo de vida. El uso de electrodos impresos en ropa inteligente también genera preocupaciones sobre la longevidad, ya que toda la prenda sería redundante si fallara el electrodo / circuito. Los parches para la piel y los e-textiles se analizan de manera más exhaustiva en los informes de IDTechEx:"Parches electrónicos para la piel:2020-2030" y "E-textiles y ropa inteligente 2020-2030:tecnologías, mercados y jugadores".

La imagen completa

Por lo tanto, está claro que el panorama de los sensores impresos es muy variado, y comprende una amplia gama de tecnologías que abordan muchas aplicaciones. Comprender las perspectivas de cada tecnología emergente depende de las necesidades del mercado, las barreras de entrada y la medida en que ofrece una propuesta de valor clara sobre las alternativas. Generalizar sobre una sola categoría de sensores impresos pierde gran parte de esta complejidad.

El nuevo informe de IDTechEx, "Sensores impresos y flexibles 2020-2030:tecnologías, reproductores, pronósticos", proporciona una amplia descripción general de las diversas tecnologías y aplicaciones subyacentes de los sensores impresos y flexibles, que cubre todas las categorías de tecnología y aplicación en el cuadro anterior. .

Al perfilar más de 50 empresas, IDTechEx mapea las perspectivas de adopción comercial y los desafíos para cada tecnología y desarrolla pronósticos de mercado granulares que abarcan todos los tipos, tecnologías y aplicaciones de sensores impresos. Nuestras previsiones de mercado cubren 30 aplicaciones / tecnologías y se proporcionan tanto en el área de ingresos como en el área impresa.

IDTechEx ha estado investigando el mercado emergente de electrónica impresa durante más de una década, lanzando nuestro primer informe de sensor impreso y flexible en 2012. Desde entonces, IDTechEx se ha mantenido muy cerca de los desarrollos técnicos y del mercado, entrevistando y visitando a los actores clave en todo el mundo, organizando las ferias y conferencias más grandes del mundo, entregando numerosos proyectos de consultoría y dictando clases y talleres sobre el tema. La profundidad y amplitud de nuestra información es realmente incomparable y se basa ampliamente en este informe integral.

Para obtener más información sobre el informe de IDTechEx, "Sensores impresos y flexibles 2020-2030:tecnologías, reproductores, pronósticos", haga clic aquí. o contáctenos en [email protected].

El Dr. Dyson presentará un seminario web sobre el tema el 6 de agosto:“Oportunidades y nuevas tecnologías en sensores impresos”. Haga clic aquí para obtener más información y registrar su lugar en una de nuestras tres sesiones.

El autor es el Dr. Matthew Dyson, analista de tecnología en IDTechEx.