12 tecnologías emergentes en electrónica que cambiarán nuestro futuro

Como sugiere el nombre, las tecnologías emergentes son aquellas cuyo desarrollo y aplicaciones prácticas están ampliamente sin realizar. Representan un desarrollo progresivo en varios campos, que van desde la robótica y la inteligencia artificial hasta la ciencia cognitiva y la nanotecnología.

La rama de la electrónica, en particular, juega un papel crucial en el procesamiento de señales, procesamiento de información y telecomunicaciones. Se trata de circuitos eléctricos que involucran componentes como sensores, diodos, transistores y circuitos integrados. En un lenguaje simple, cubre instrumentos y sistemas electrónicos complejos, como computadoras portátiles y teléfonos inteligentes modernos.

El primer tipo de transistor se inventó en 1947. Desde entonces, hemos recorrido un largo camino. Solo el teléfono inteligente que está utilizando hoy contiene más de mil millones de transistores.

Este es solo el comienzo. Aún no se han inventado muchos dispositivos revolucionarios. Averigüemos qué nos depara el futuro (en el campo de la electrónica).

12. Tecnología de aroma digital

Disparador de aroma presentado en CEATEC 2016

Se han realizado muchas investigaciones en el campo de la tecnología olfativa, que permite que los dispositivos (o narices electrónicas) detecten, transfieran y reciban medios habilitados para olores, como audio, video y páginas web.

El primer sistema de liberación de olores llamado Smell-O-Vision se inventó a fines de la década de 1950. Era capaz de emitir olores durante la proyección de una película para mejorar la experiencia de los espectadores.

Desde entonces, muchas instalaciones de investigación han creado dispositivos similares. Uno de ellos fue iSmell, desarrollado en 1999. Consistía en un cartucho de 128 olores a partir del cual se podían producir varios olores mezclados. Sin embargo, debido a ciertas limitaciones, el producto nunca se lanzó comercialmente.

En CEATEC 2016, una empresa presentó un dispositivo olfativo portátil que se puede controlar a través de teléfonos inteligentes y PC. Todavía tiene muchos obstáculos que superar, incluido el momento y la distribución de los aromas y los riesgos para la salud de los olores sintéticos.

11. Golpe de pilar de cobre térmico

Topes eléctricos y térmicos integrados en un solo sustrato

La protuberancia del pilar de cobre térmico es un dispositivo termoeléctrico de tamaño micro que se utiliza para el empaquetado de electrónica y optoelectrónica, como diodos láser, amplificadores ópticos semiconductores, CPU y GPU.

Nextreme Thermal Solutions desarrolló esta tecnología para integrar la funcionalidad de gestión térmica activa a nivel de chip. El método ahora lo utilizan gigantes tecnológicos, incluidos Intel y Amkor, para conectar microprocesadores y otros chips avanzados a varias superficies.

Cuando la corriente pasa a través de una placa de circuito, la protuberancia térmica tira del calor y lo transfiere a la otra protuberancia. Este proceso se conoce como efecto Peltier, y así es como un golpe térmico ayuda a reducir el calor de los circuitos electrónicos.

Actúa como bombas de calor de estado sólido y agrega funcionalidad de gestión térmica en la superficie del chip. Las protuberancias térmicas actuales tienen aproximadamente 20 μm de altura y 238 μm de ancho (diámetro). La tecnología de próxima generación reduciría la altura de las protuberancias térmicas a 10 μm.

10. Disulfuro de molibdeno

Disulfuro de molibdeno (MoS2)

El disulfuro de molibdeno es un compuesto inorgánico que se usa ampliamente en electrónica como lubricante seco debido a su baja fricción y robustez. Al igual que el silicio, es un semiconductor diamagnético de banda prohibida indirecta con una banda prohibida de 1,23 eV.

El disulfuro de molibdeno es un lubricante seco común con tamaños de partículas en el rango de 1-100 micrómetros. A menudo se utiliza en la producción de transistores, fotodetectores, motores de dos tiempos y juntas universales eficientes.

En 2017, se utilizó un disulfuro de molibdeno bidimensional para construir un microprocesador de 1 bit que contenía 115 transistores. También se ha utilizado para crear memtransistores de 3 terminales. En los próximos años, este compuesto podría ser la columna vertebral de todo tipo de dispositivos electrónicos.

9. Textiles electrónicos

Los textiles electrónicos (o ropa inteligente) son telas integradas con componentes digitales y electrónicos para brindar valor agregado al usuario. Hay muchas otras aplicaciones que se basan en la integración de la electrónica en los tejidos, como las tecnologías de diseño de interiores.

Este tipo de tecnología se considera revolucionaria porque tiene la capacidad de hacer varias cosas que las telas convencionales no pueden, como conducir energía, comunicarse, transformarse y crecer.

Se pueden desarrollar aplicaciones futuras para ropa inteligente para monitoreo de salud, seguimiento de soldados y piloto de monitoreo. La monitorización fisiológica personal y portátil, las comunicaciones, la calefacción y la iluminación pueden beneficiarse de esta tecnología.

8. Espintrónica

La espintrónica (o electrónica de espín) se refiere al espín intrínseco del electrón y su momento magnético asociado en la física del estado sólido. Es muy diferente a la electrónica convencional:junto con el estado de carga, los espines de electrones se utilizan para aumentar el grado de libertad.

Los sistemas espintrónicos se pueden utilizar para almacenar y transferir datos de manera eficiente. Estos dispositivos son de particular interés en el campo de la computación neuromórfica y la computación cuántica.

La tecnología también se está utilizando en el campo médico (para identificar el cáncer) y tiene grandes promesas para la electrónica digital.

7. Sistema nanoelectromecánico

Micrografía electrónica de un sistema nanoelectromecánico fabricado en silicio monocristalino | Crédito:H. G. Craighead

El sistema nanoelectromecánico integra elementos electrónicos de tamaño nanométrico con máquinas mecánicas para formar sensores físicos y químicos. Forman el siguiente paso lógico de miniaturización de los llamados sistemas microelectromecánicos.

Tienen propiedades increíbles, que abren el camino a diversas aplicaciones, que van desde resonadores de frecuencia ultra alta hasta sensores químicos y biológicos. A continuación se presentan los pocos atributos cruciales de los sistemas nanoelectromecánicos:

• Frecuencias fundamentales en el rango de microondas
• Masa activa en el rango de femtogramos
• Sensibilidad de masa hasta niveles de attograma y subattograma
• Fuerza la sensibilidad a nivel attonewton
• Consumo de energía del orden de 10 aw.
• Nivel de integración extremadamente alto, alcanzando un billón de elementos por centímetro cuadrado.

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6. Electrónica molecular

Una ilustración del dispositivo de una sola molécula

Como sugiere su nombre, la electrónica molecular utiliza moléculas como el componente principal de los circuitos electrónicos. Es un campo interdisciplinario que abarca la ciencia de los materiales, la química y la física.

Esta tecnología permitirá el desarrollo de circuitos electrónicos mucho más pequeños (a nanoescalas) que es posible actualmente utilizando semiconductores tradicionales como el silicio. En tales dispositivos, el movimiento del electrón está gobernado por la mecánica cuántica.

Aunque los circuitos completos que consisten exclusivamente en elementos de tamaño molecular están muy lejos de realizarse, la creciente demanda de más potencia de cálculo y las limitaciones de las técnicas litográficas actuales hacen que la transición parezca inevitable.

Actualmente, los científicos están trabajando en moléculas con características intrigantes para lograr contactos reproducibles y confiables entre los segmentos moleculares y el material a granel de los electrodos.

5. Nariz electrónica

Una nariz electrónica identifica ciertos componentes de un olor y analiza su composición química. Contiene un mecanismo para la detección química, que incluye una serie de sensores electrónicos y herramientas de inteligencia artificial para el reconocimiento de patrones.

Estos dispositivos han existido durante más de dos décadas, pero por lo general han sido costosos y voluminosos. Los investigadores están tratando de hacer que estos dispositivos sean menos costosos, más pequeños y más sensibles.

Las instalaciones de investigación, los departamentos de producción y los laboratorios de control de calidad utilizan instrumentos nasales electrónicos para diversos fines, como la detección de contaminación, deterioro y adulteración. También se utilizan en el diagnóstico médico y la detección de fugas de gas y contaminantes para la protección del medio ambiente.

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4. Biometría 3D

El uso de información biométrica está aumentando año tras año, especialmente en campos relacionados con la banca, la ciencia forense y la seguridad pública. La mayor parte del reconocimiento biométrico utiliza imágenes bidimensionales.

Sin embargo, en los últimos años se han desarrollado algunas técnicas biométricas avanzadas. Esto incluye huellas dactilares 3D, impresión palmar 3D, oído 3D y técnicas de reconocimiento facial 3D.

Ya sea con fines de interacción persona-computadora o seguridad mejorada, habrá una amplia aplicación de biometría robusta.

3. Piel y lengua electrónica

Una lengua electrónica de cata de vinos | Crédito:Kenny McMahon / Universidad Estatal de Washington

Los materiales estirables, flexibles y autocurativos que pueden imitar las características de la piel de un animal o humano se denominan piel electrónica. Existe una amplia gama de materiales que responden a los cambios de presión y calor y son capaces de medir información a través de la interacción física.

Esos materiales podrían abrir nuevas puertas a aplicaciones útiles, como prótesis, robótica blanda, control de la salud e inteligencia artificial. Los diseños futuros de nuevas pieles electrónicas incluirían materiales con alta resistencia mecánica, mejor capacidad de detección, reciclabilidad y propiedades de autocuración.

Una lengua electrónica, por otro lado, mide y compara los gustos. Contiene múltiples sensores; cada uno tiene un espectro de reacción diferente, capaz de detectar compuestos orgánicos e inorgánicos.

Las lenguas electrónicas tienen aplicaciones en diversos campos, que van desde el sector de la alimentación y las bebidas hasta la industria farmacéutica. También se utiliza para comparar productos de destino y monitorear parámetros ambientales.

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2. Memristor

El concepto de memristores fue introducido por un ingeniero eléctrico estadounidense Leon Chua en 1971. Él infirió la posibilidad de un elemento de circuito no lineal adicional que vincule el flujo magnético y la carga.

Cada circuito electrónico está formado por componentes pasivos como inductores, condensadores y resistencias. Hay un cuarto componente llamado memristor:estos son semiconductores que se utilizan para crear dispositivos de almacenamiento que consumen poca energía.

Un memristor regula el flujo de corriente en un circuito mientras recuerda la cantidad de carga que fluyó previamente a través de él. Los memristores son componentes no volátiles que tienen un almacenamiento y una velocidad muy altos.

Las patentes de Memristors incluyen aplicaciones en procesamiento de señales, interfaces cerebro-computadora, computación reconfigurable, lógica programable y redes neuronales. En el futuro, estos dispositivos se pueden aplicar para realizar lógica digital con la implicación en su lugar de puerta NAND.

1. Pantalla flexible

Función:pantalla flexible superdelgada | Crédito de la imagen:Paul Sawers / VentureBeat

Muchos fabricantes de productos electrónicos de consumo están mostrando interés en pantallas flexibles:están trabajando para aplicar esta tecnología en teléfonos inteligentes y tabletas.

Los OLED basados ​​en un sustrato flexible (ya sea de metal, plástico o vidrio) son una de las pantallas visuales electrónicas más prometedoras que se pueden doblar. Los paneles de metal y vidrio utilizados en los OLED flexibles son muy delgados, livianos, duraderos y prácticamente inastillables.

En CES 2018, LG presentó el prototipo de una pantalla OLED 4K de 65 pulgadas que se puede enrollar. El televisor se desenrolla con solo tocar un botón y luego se retira de la vista cuando no es necesario.

En septiembre de 2019, Samsung lanzó un nuevo teléfono inteligente plegable que se puede usar como tableta y teléfono inteligente.

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Los dispositivos plegables de la generación actual tienen muchos defectos y son demasiado caros. La mayoría de ellos son dispositivos de prueba de concepto para los primeros usuarios en lugar de un dispositivo adecuado para el mercado masivo. Sin embargo, está claro que las pantallas flexibles están evolucionando hacia algo muy diferente, lo que puede llevar a desarrollos asombrosos en la industria de la tecnología.