12 Tecnologias Eletrônicas de Ponta que Transformarão o Amanhã

12 Tecnologias Eletrônicas de Ponta que Transformarão o Amanhã

Como o nome sugere, tecnologias emergentes são aquelas cujo desenvolvimento e aplicações práticas ainda estão longe de serem plenamente realizadas. Elas representam avanços progressivos em diversos campos, desde robótica e inteligência artificial até ciência cognitiva e nanotecnologia.

O ramo da eletrônica, em particular, desempenha papel crucial no processamento de sinais, processamento de informações e telecomunicações. Ele lida com circuitos elétricos que envolvem componentes como sensores, diodos, transistores e circuitos integrados. Em linguagem simples, abrange instrumentos e sistemas eletrônicos complexos, como laptops e smartphones modernos.

O primeiro tipo de transistor foi inventado em 1947. Desde então, percorremos um longo caminho. O smartphone que você usa hoje sozinho contém mais de um bilhão de transistores.

Isso é apenas o começo. Muitos dispositivos revolucionários ainda estão por ser inventados. Vamos descobrir o que o futuro pode nos reservar (no campo da eletrônica).

12. Tecnologia de Odor Digital

Aroma shooter apresentado na CEATEC 2016

Muitas pesquisas têm sido realizadas no campo da tecnologia olfativa, que permite que dispositivos (ou narizes eletrônicos) detectem, transfiram e recebam mídia habilitada para odor, como áudio, vídeo e páginas web.

O primeiro sistema de liberação de odor chamado Smell-O-Vision foi inventado no final da década de 1950. Era capaz de emitir odores durante a projeção de um filme para melhorar a experiência dos espectadores.

Desde então, muitas instalações de pesquisa desenvolveram dispositivos semelhantes. Um deles foi o iSmell, desenvolvido em 1999. Consistia em um cartucho de 128 odores a partir do qual vários odores mistos podiam ser produzidos. No entanto, devido a certas limitações, o produto nunca foi lançado comercialmente.

Na CEATEC 2016, uma empresa apresentou um dispositivo vestível de odor que pode ser controlado via smartphones e PCs. Ainda existem muitos obstáculos a superar, incluindo o tempo e a distribuição dos odores e os riscos à saúde de odores sintéticos.

11. Pilar Térmico de Cobre (Thermal Copper Pillar Bump)

Pilares elétricos e térmicos integrados em um único substrato

O pilar térmico de cobre é um dispositivo termoelétrico de micro tamanho usado para embalagem de eletrônicos e optoeletrônicos, como diodos laser, amplificadores ópticos de semicondutores, CPU e GPU.

A Nextreme Thermal Solutions desenvolveu essa tecnologia para integrar funcionalidade de gerenciamento térmico ativo no nível do chip. O método agora é usado por gigantes da tecnologia, incluindo Intel e Amkor, para conectar microprocessadores e outros chips avançados a várias superfícies.

Quando a corrente passa por uma placa de circuito, o pilar térmico puxa o calor e o transfere para o outro pilar. Esse processo é conhecido como efeito Peltier, e é assim que um pilar térmico ajuda a reduzir o calor de circuitos eletrônicos.

Atua como bombas de calor de estado sólido e adiciona funcionalidade de gerenciamento térmico na superfície do chip. Os pilares térmicos atuais têm cerca de 20 μm de altura e 238 μm de largura (diâmetro). A tecnologia de próxima geração reduziria a altura dos pilares térmicos para 10 μm.

10. Dissulfeto de Molibdênio

Dissulfeto de molibdênio (MoS2)

O dissulfeto de molibdênio é um composto inorgânico amplamente usado em eletrônica como lubrificante seco devido ao seu baixo atrito e robustez. Como o silício, é um semicondutor diamagnético de banda proibida indireta com uma banda de 1,23 eV.

O dissulfeto de molibdênio é um lubrificante seco comum com tamanhos de partícula na faixa de 1 a 100 micrômetros. É frequentemente usado na produção de transistores eficientes, fotodetectores, motores de dois tempos e juntas universais.

Em 2017, um dissulfeto de molibdênio bidimensional foi usado para construir um microprocessador de 1 bit contendo 115 transistores. Também foi usado para criar memtransistores de 3 terminais. Nos próximos anos, esse composto poderia ser a espinha dorsal de todos os tipos de gadgets eletrônicos.

9. E-Textiles (Tecidos Eletrônicos)

Tecidos eletrônicos (ou roupas inteligentes) são tecidos incorporados com componentes digitais e eletrônicos para fornecer valor agregado ao usuário. Existem muitas outras aplicações que dependem da integração de eletrônicos em tecidos, como tecnologias de design de interiores.

Esse tipo de tecnologia é considerado revolucionário porque tem a capacidade de fazer várias coisas que tecidos convencionais não podem, incluindo conduzir energia, comunicar, transformar e crescer.

Futuras aplicações para roupas inteligentes podem ser desenvolvidas para monitoramento de saúde, rastreamento de soldados e monitoramento de pilotos. Monitoramento fisiológico pessoal e portátil, comunicações, aquecimento e iluminação podem todos se beneficiar dessa tecnologia.

8. Spintrônica

A spintrônica (ou eletrônica de spin) refere-se ao spin intrínseco do elétron e seu momento magnético associado na física do estado sólido. É bem diferente da eletrônica convencional: junto com o estado de carga, os spins dos elétrons são usados para aumentar o grau de liberdade.

Sistemas spintrônicos podem ser usados para armazenar e transferir dados eficientemente. Esses dispositivos são de particular interesse no campo da computação neuromórfica e computação quântica.

A tecnologia também está sendo usada no campo médico (para identificar câncer) e tem grandes promessas para a eletrônica digital.

7. Sistema Nanoeletromecânico (NEMS)

Micrografia eletrônica de sistema nanoeletromecânico fabricado em silício monocristalino | Crédito: H. G. Craighead

O sistema nanoeletromecânico integra elementos eletrônicos de nano tamanho com máquinas mecânicas para formar sensores físicos e químicos. Eles formam o próximo passo lógico de miniaturização a partir dos chamados sistemas microeletromecânicos.

Eles têm propriedades incríveis, que abrem caminho para várias aplicações, variando de ressonadores de ultra-alta frequência a sensores químicos e biológicos. A seguir, os poucos atributos cruciais dos sistemas nanoeletromecânicos:

• Frequências fundamentais na faixa de micro-ondas
• Massa ativa na faixa de femtogramas
• Sensibilidade de massa até níveis de attogramas e sub-attogramas
• Sensibilidade de força no nível de attonewton
• Consumo de energia na ordem de 10 aw.
• Nível extremo de integração, atingindo um trilhão de elementos por centímetro quadrado.

Leia: NEMS – Sistemas NanoEletroMecânicos | Uma Visão Geral Simples

6. Eletrônica Molecular

Ilustração do dispositivo de molécula única

Como o nome sugere, a eletrônica molecular usa moléculas como bloco de construção primário para circuitos eletrônicos. É um campo interdisciplinar que abrange ciência dos materiais, química e física.

Essa tecnologia permitirá o desenvolvimento de circuitos eletrônicos muito menores (em nanoescalas) do que é atualmente possível usando semicondutores tradicionais como silício. Em tais dispositivos, o movimento do elétron é governado pela mecânica quântica.

Embora circuitos inteiros consistindo exclusivamente de elementos de tamanho molecular estejam muito longe de serem realizados, a crescente demanda por mais poder computacional e as limitações das técnicas litográficas atuais tornam a transição aparentemente inevitável.

Cientistas estão atualmente trabalhando em moléculas com características intrigantes para alcançar contatos reprodutíveis e confiáveis entre os segmentos moleculares e o material de massa dos eletrodos.

5. Nariz Eletrônico

Um nariz eletrônico identifica certos componentes de um odor e analisa sua composição química. Contém um mecanismo para detecção química, incluindo uma matriz de sensores eletrônicos e ferramentas de inteligência artificial para reconhecimento de padrões.

Tais dispositivos existem há mais de duas décadas, mas tipicamente têm sido caros e volumosos. Pesquisadores estão tentando tornar esses dispositivos mais baratos, menores e mais sensíveis.

Instrumentos de nariz eletrônico são usados por instalações de pesquisa, departamentos de produção e laboratórios de controle de qualidade para vários propósitos, como detecção de contaminação, deterioração e adulteração. Também são usados em diagnóstico médico e detecção de vazamentos de gás e poluentes para proteção ambiental.

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4. Biometria 3D

O uso de informações biométricas está aumentando ano a ano, especialmente em campos relacionados a bancos, perícias e segurança pública. A maioria do reconhecimento biométrico usa imagens bidimensionais.

No entanto, algumas técnicas biométricas avançadas foram desenvolvidas nos últimos anos. Isso inclui impressão digital 3D, palma 3D, orelha 3D e técnicas de reconhecimento facial 3D.

Seja para fins de interação homem-computador ou segurança aprimorada, haverá ampla aplicação de biometria robusta.

3. Pele Eletrônica e Língua Eletrônica

Uma língua eletrônica para degustação de vinho | Crédito: Kenny McMahon / Washington State University

Materiais elásticos, flexíveis e auto-regeneráveis que podem imitar as características da pele animal ou humana são chamados de pele eletrônica. Existe uma ampla gama de materiais que respondem a mudanças de pressão e calor e são capazes de medir informações através de interação física.

Esses materiais poderiam abrir novas portas para aplicações úteis, como próteses, robótica macia, monitoramento de saúde e inteligência artificial. Os futuros designs de novas peles eletrônicas incluiriam materiais com alta resistência mecânica, melhor capacidade de detecção, reciclabilidade e propriedades auto-regeneráveis.

Uma língua eletrônica, por outro lado, mede e compara sabores. Contém múltiplos sensores; cada um tem um espectro diferente de reação, capaz de detectar compostos orgânicos e inorgânicos.

Línguas eletrônicas têm aplicações em vários campos, variando do setor de alimentos e bebidas à indústria farmacêutica. Também é usada para comparar produtos-alvo e monitorar parâmetros ambientais.

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2. Memristor

O conceito de memristores foi introduzido por um engenheiro elétrico americano, Leon Chua, em 1971. Ele inferiu a possibilidade de um elemento de circuito não linear adicional ligando fluxo magnético e carga.

Todo circuito eletrônico é composto por componentes passivos como indutores, capacitores e resistores. Existe um quarto componente chamado memristor – estes são semicondutores usados para criar dispositivos de armazenamento de baixo consumo de energia.

Um memristor regula o fluxo de corrente em um circuito enquanto lembra a quantidade de carga que fluiu anteriormente através dele. Memristores são componentes não voláteis que têm armazenamento muito alto, bem como velocidade.

As patentes de memristores incluem aplicações em processamento de sinais, interfaces cérebro-computador, computação reconfigurável, lógica programável e redes neurais. No futuro, esses dispositivos podem ser aplicados para realizar lógica digital com implicações no lugar de portas NAND.

1. Display Flexível

Royole: Display flexível super-fino | Crédito da imagem: Paul Sawers / VentureBeat

Muitos fabricantes de eletrônicos de consumo estão mostrando interesse em displays flexíveis: estão trabalhando para aplicar essa tecnologia em smartphones e tablets.

OLEDs baseados em um substrato flexível (seja metal, plástico ou vidro) são um dos displays visuais eletrônicos mais promissores que podem ser dobrados. Os painéis de metal e vidro usados em OLEDs flexíveis são muito finos, leves, duráveis e virtualmente à prova de estilhaçamento.

Na CES 2018, a LG apresentou o protótipo de um display OLED 4K de 65 polegadas que é enrolável. A TV desenrola ao toque de um botão e depois se retrai da vista quando não é necessária.

Em setembro de 2019, a Samsung lançou um novo smartphone dobrável que pode ser usado tanto como tablet quanto como smartphone.

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Os dispositivos dobráveis de geração atual têm muitas falhas e são muito caros. A maioria deles são dispositivos de prova de conceito para early adopters, e não um dispositivo adequado para o mercado de massa. No entanto, está claro que displays flexíveis estão evoluindo para algo muito diferente, o que pode levar a desenvolvimentos surpreendentes em toda a indústria tecnológica.