12 technologies émergentes en électronique qui changeront notre avenir

Comme son nom l'indique, les technologies émergentes sont celles dont le développement et les applications pratiques sont largement ignorés. Ils représentent un développement progressif dans divers domaines, allant de la robotique et de l'intelligence artificielle aux sciences cognitives et à la nanotechnologie.

La branche de l'électronique, en particulier, joue un rôle crucial dans le traitement du signal, le traitement de l'information et les télécommunications. Il traite des circuits électriques qui impliquent des composants tels que des capteurs, des diodes, des transistors et des circuits intégrés. Dans un langage simple, il couvre les instruments et systèmes électroniques complexes tels que les ordinateurs portables et les smartphones modernes.

Le premier type de transistor a été inventé en 1947. Depuis, nous avons parcouru un long chemin. Le smartphone que vous utilisez aujourd'hui contient à lui seul plus d'un milliard de transistors.

Ce n'est que le début. De nombreux appareils révolutionnaires restent à inventer. Voyons ce que l'avenir pourrait nous apporter (dans le domaine de l'électronique).

12. Technologie de parfum numérique

Aroma shooter présenté au CEATEC 2016

De nombreuses recherches sont en cours dans le domaine de la technologie olfactive, qui permet aux appareils (ou nez électroniques) de détecter, transférer et recevoir des supports olfactifs tels que l'audio, la vidéo et les pages Web.

Le premier système de libération d'odeurs nommé Smell-O-Vision a été inventé à la fin des années 1950. Il était capable d'émettre des odeurs lors de la projection d'un film pour améliorer l'expérience des téléspectateurs.

Depuis lors, de nombreuses installations de recherche ont mis au point des dispositifs similaires. L'un d'eux était iSmell, développé en 1999. Il consistait en une cartouche de 128 odeurs à partir de laquelle diverses odeurs mélangées pouvaient être produites. Cependant, en raison de certaines limitations, le produit n'a jamais été commercialisé.

Lors du CEATEC 2016, une entreprise a présenté un appareil parfumé portable qui peut être contrôlé via des smartphones et des PC. Il a encore de nombreux obstacles à surmonter, notamment le moment et la distribution des parfums et les risques pour la santé des odeurs synthétiques.

11. Bosse de pilier en cuivre thermique

Bosses électriques et thermiques intégrées sur un même substrat 

La bosse de pilier en cuivre thermique est un dispositif thermoélectrique de petite taille utilisé pour l'emballage de l'électronique et de l'optoélectronique, tels que les diodes laser, les amplificateurs optiques à semi-conducteur, le processeur et le processeur graphique.

Nextreme Thermal Solutions a développé cette technologie afin d'intégrer une fonctionnalité de gestion thermique active au niveau de la puce. La méthode est maintenant utilisée par des géants de la technologie, dont Intel et Amkor, pour connecter des microprocesseurs et d'autres puces avancées à diverses surfaces.

Lorsque le courant traverse une carte de circuit imprimé, la bosse thermique tire la chaleur et la transfère à l'autre bosse. Ce processus est connu sous le nom d'effet Peltier, et c'est ainsi qu'une bosse thermique aide à réduire la chaleur des circuits électroniques.

Il agit comme une pompe à chaleur à semi-conducteurs et ajoute une fonctionnalité de gestion thermique à la surface de la puce. Les bosses thermiques d'aujourd'hui mesurent environ 20 m de haut et 238 m de large (diamètre). La technologie de nouvelle génération réduirait la hauteur des bosses thermiques à 10 m.

10. Disulfure de molybdène

Disulfure de molybdène (MoS2)

Le bisulfure de molybdène est un composé inorganique largement utilisé en électronique comme lubrifiant sec en raison de sa faible friction et de sa robustesse. Comme le silicium, il s'agit d'un semi-conducteur diamagnétique à bande interdite indirecte avec une bande interdite de 1,23 eV.

Le bisulfure de molybdène est un lubrifiant sec courant avec des tailles de particules comprises entre 1 et 100 micromètres. Il est souvent utilisé dans la production de transistors efficaces, de photodétecteurs, de moteurs à deux temps et de joints universels.

En 2017, un bisulfure de molybdène bidimensionnel a été utilisé pour construire un microprocesseur 1 bit contenant 115 transistors. Il a également été utilisé pour créer des transistors memtransistors à 3 bornes. Dans les années à venir, ce composé pourrait être l'épine dorsale de toutes sortes de gadgets électroniques.

9. E-Textiles

Les textiles électroniques (ou vêtements intelligents) sont des tissus incrustés de composants numériques et d'électronique pour apporter une valeur ajoutée au porteur. Il existe de nombreuses autres applications qui reposent sur l'intégration de l'électronique dans les tissus, telles que les technologies de design d'intérieur.

Ce type de technologie est considéré comme révolutionnaire car il a la capacité de faire plusieurs choses que les tissus conventionnels ne peuvent pas, y compris conduire l'énergie, communiquer, se transformer et se développer.

De futures applications pour les vêtements intelligents pourraient être développées pour la surveillance de la santé, le suivi des soldats et la surveillance des pilotes. La surveillance physiologique personnelle et portable, les communications, le chauffage et l'éclairage peuvent tous bénéficier de cette technologie.

8. Spintronique

La spintronique (ou électronique de spin) fait référence au spin intrinsèque de l'électron et à son moment magnétique associé en physique du solide. C'est très différent de l'électronique conventionnelle :avec l'état de charge, les spins des électrons sont utilisés afin d'augmenter le degré de liberté.

Les systèmes spintroniques peuvent être utilisés pour stocker et transférer efficacement des données. Ces dispositifs présentent un intérêt particulier dans le domaine de l'informatique neuromorphique et de l'informatique quantique.

La technologie est également utilisée dans le domaine médical (pour identifier le cancer) et est très prometteuse pour l'électronique numérique.

7. Système nanoélectromécanique

Micrographie électronique d'un système nanoélectromécanique fabriqué en silicium monocristallin | Crédit :H. G. Craighead 

Le système nanoélectromécanique intègre des éléments électroniques de taille nanométrique avec des machines mécaniques pour former des capteurs physiques et chimiques. Ils constituent la prochaine étape logique de miniaturisation des systèmes dits microélectromécaniques.

Ils ont des propriétés incroyables, qui ouvrent la voie à diverses applications, allant des résonateurs ultra haute fréquence aux capteurs chimiques et biologiques. Voici les quelques attributs cruciaux des systèmes nanoélectromécaniques -

• Fréquences fondamentales dans la gamme des micro-ondes
• Masse active dans la plage du femtogramme
• Sensibilité de masse jusqu'aux niveaux d'attogramme et de sous-attogramme
• Sensibilité à la force au niveau attonewton
• Consommation électrique de l'ordre de 10 aw.
• Niveau d'intégration extrêmement élevé, atteignant 1 000 milliards d'éléments par centimètre carré.

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6. Électronique moléculaire

Une illustration du dispositif à molécule unique

Comme son nom l'indique, l'électronique moléculaire utilise des molécules comme élément principal des circuits électroniques. C'est un domaine interdisciplinaire qui couvre la science des matériaux, la chimie et la physique.

Cette technologie permettra le développement de circuits électroniques beaucoup plus petits (à l'échelle nanométrique) qui est actuellement possible en utilisant des semi-conducteurs traditionnels comme le silicium. Dans de tels dispositifs, le mouvement de l'électron est régi par la mécanique quantique.

Bien que des circuits entiers constitués exclusivement d'éléments de taille moléculaire soient très loin d'être réalisés, la demande croissante pour plus de puissance de calcul et les limites des techniques lithographiques d'aujourd'hui font que la transition semble inévitable.

Les scientifiques travaillent actuellement sur des molécules aux caractéristiques intrigantes afin d'obtenir des contacts reproductibles et fiables entre les segments moléculaires et le matériau en vrac des électrodes.

5. Nez électronique

Un nez électronique identifie certains composants d'une odeur et analyse sa composition chimique. Il contient un mécanisme de détection chimique, y compris un ensemble de capteurs électroniques et d'outils d'intelligence artificielle pour la reconnaissance de formes.

De tels dispositifs existent depuis plus de deux décennies, mais sont généralement coûteux et encombrants. Les chercheurs essaient de rendre ces appareils moins chers, plus petits et plus sensibles.

Les instruments de nez électroniques sont utilisés par les installations de recherche, les départements de production et les laboratoires de contrôle de la qualité à diverses fins, telles que la détection de contamination, de détérioration et d'adultération. Ils sont également utilisés dans le diagnostic médical et la détection de fuites de gaz et de polluants pour la protection de l'environnement.

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4. Biométrie 3D

L'utilisation d'informations biométriques augmente d'année en année, en particulier dans les domaines liés à la banque, à la médecine légale et à la sécurité publique. La plupart des reconnaissances biométriques utilisent des images bidimensionnelles.

Cependant, quelques techniques biométriques avancées ont été développées au cours des dernières années. Cela inclut les techniques de reconnaissance d'empreintes digitales 3D, d'empreintes palmaires 3D, d'oreille 3D et de reconnaissance faciale 3D.

Que ce soit à des fins d'interaction homme-machine ou de sécurité renforcée, il y aura une large application de la biométrie robuste.

3. Peau et langue électroniques

Une langue électronique de dégustation de vins | Crédit :Kenny McMahon / Université de l'État de Washington

Les matériaux extensibles, flexibles et auto-cicatrisants qui peuvent imiter les caractéristiques d'une peau animale ou humaine sont appelés peau électronique. Il existe une large gamme de matériaux qui réagissent aux changements de pression et de chaleur et sont capables de mesurer des informations via une interaction physique.

Ces matériaux pourraient ouvrir de nouvelles portes à des applications utiles, telles que les prothèses, la robotique douce, la surveillance de la santé et l'intelligence artificielle. Les futures conceptions de nouvelles peaux électroniques incluraient des matériaux à haute résistance mécanique, une meilleure capacité de détection, une recyclabilité et des propriétés d'auto-guérison.

Une langue électronique, quant à elle, mesure et compare les goûts. Il contient plusieurs capteurs; chacun a un spectre de réaction différent, capable de détecter des composés organiques et inorganiques.

Les langues électroniques ont des applications dans divers domaines, allant du secteur agroalimentaire à l'industrie pharmaceutique. Il est également utilisé pour comparer les produits cibles et surveiller les paramètres environnementaux.

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2. Memristor

Le concept de memristors a été introduit par un ingénieur électricien américain Leon Chua en 1971. Il a déduit la possibilité d'un élément de circuit non linéaire supplémentaire reliant le flux magnétique et la charge.

Chaque circuit électronique est composé de composants passifs tels que des inductances, des condensateurs et des résistances. Il existe un quatrième composant appelé memristor :ce sont des semi-conducteurs utilisés pour créer des périphériques de stockage à faible consommation d'énergie.

Un memristor régule le flux de courant dans un circuit tout en se souvenant de la quantité de charge qui l'a déjà traversé. Les memristors sont des composants non volatils qui ont un stockage et une vitesse très élevés.

Les brevets de Memristors incluent des applications dans le traitement du signal, les interfaces cerveau-ordinateur, l'informatique reconfigurable, la logique programmable et les réseaux de neurones. À l'avenir, ces dispositifs pourront être appliqués pour exécuter la logique numérique avec l'implication à sa place de la porte NAND.

1. Affichage flexible

Royole :écran flexible ultra-fin | Crédit d'image :Paul Sawers/VentureBeat

De nombreux fabricants d'électronique grand public s'intéressent aux écrans flexibles :ils s'efforcent d'appliquer cette technologie aux smartphones et aux tablettes.

Les OLED basées sur un substrat flexible (en métal, en plastique ou en verre) sont l'un des écrans visuels électroniques les plus prometteurs pouvant être pliés. Les panneaux de métal et de verre utilisés dans les OLED flexibles sont très fins, légers, durables et pratiquement incassables.

Au CES 2018, LG a présenté le prototype d'un écran OLED 4K de 65 pouces enroulable. Le téléviseur se déroule d'une simple pression sur un bouton, puis se rétracte lorsque vous n'en avez pas besoin.

En septembre 2019, Samsung a lancé un nouveau smartphone pliable qui peut être utilisé à la fois comme tablette et comme smartphone.

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Les appareils pliables de la génération actuelle ont de nombreux défauts et sont trop chers. La plupart d'entre eux sont des dispositifs de preuve de concept pour les premiers utilisateurs plutôt qu'un dispositif adapté au marché de masse. Cependant, il est clair que les écrans flexibles évoluent vers quelque chose de très différent, ce qui peut conduire à des développements étonnants dans l'industrie technologique.