12 technologies électroniques de pointe qui transformeront le futur

Comme leur nom l'indique, les technologies émergentes sont celles dont le développement et les applications pratiques ne sont pas encore pleinement réalisés. Elles représentent une avancée progressive dans divers domaines, allant de la robotique et de l'intelligence artificielle aux sciences cognitives et à la nanotechnologie.

La branche de l'électronique joue notamment un rôle crucial dans le traitement du signal, le traitement de l'information et les télécommunications. Elle concerne les circuits électriques impliquant des composants tels que capteurs, diodes, transistors et circuits intégrés. En termes simples, elle couvre les instruments et systèmes électroniques complexes tels que les ordinateurs portables et smartphones modernes.

Le premier 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. Découvrons ce que l'avenir pourrait nous réserver dans le domaine de l'électronique.

12. Technologie des odeurs numériques

Diffuseur d'arômes présenté au CEATEC 2016

De nombreuses recherches sont menées dans le domaine de la technologie olfactive, qui permet aux appareils (ou nez électroniques) de détecter, transmettre et recevoir des médias enrichis en odeurs tels que l'audio, la vidéo et les pages web.

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

Depuis, de nombreux laboratoires ont développé des dispositifs similaires. L'un d'eux était iSmell, développé en 1999. Il comprenait une cartouche de 128 odeurs permettant de produire divers mélanges odorants. Cependant, en raison de certaines limitations, le produit n'a jamais été commercialisé.

Au CEATEC 2016, une entreprise a présenté un dispositif portable de diffusion d'odeurs contrôlable via smartphone et PC. Il doit encore surmonter de nombreux obstacles, notamment le timing et la distribution des senteurs, ainsi que les risques sanitaires des odeurs synthétiques.

11. Bille thermique en cuivre

Billes électriques et thermiques intégrées sur un même substrat

La bille thermique en cuivre est un dispositif thermoélectrique de taille microscopique utilisé pour l'encapsulage de composants électroniques et optoélectroniques, tels que les diodes laser, les amplificateurs optiques à semi-conducteurs, les CPU et GPU.

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

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

Elle agit comme une pompe à chaleur à état solide et ajoute une fonctionnalité de gestion thermique sur la surface de la puce. Les billes thermiques actuelles mesurent environ 20 µm de haut et 238 µm de large (diamètre). La technologie de prochaine génération ramènerait la hauteur des billes thermiques à 10 µm.

10. Disulfure de molybdène

Disulfure de molybdène (MoS₂)

Le disulfure 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, c'est un semi-conducteur diamagnétique à bande interdite indirecte avec un écart de bande de 1,23 eV.

Le disulfure 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 deux temps et de rotules.

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

9. E-textiles

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

Ce type de technologie est considéré comme révolutionnaire car il permet de faire plusieurs choses que les tissus conventionnels ne peuvent pas, notamment conduire l'énergie, communiquer, se transformer et croître.

Les 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 de l'état solide. Elle diffère fondamentalement de l'électronique conventionnelle : outre l'état de charge, le spin des électrons est utilisé pour augmenter le degré de liberté.

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

La technologie est également utilisée dans le domaine médical (pour identifier le cancer) et recèle de grandes promesses pour l'électronique numérique.

7. Systèmes nanoélectromécaniques

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 l'étape logique suivante de miniaturisation par rapport aux systèmes microélectromécaniques (MEMS).

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

• Fréquences fondamentales dans la gamme des micro-ondes
• Masse active dans la gamme du femtogramme
• Sensibilité de masse jusqu'aux niveaux attogramme et sous-attogramme
• Sensibilité de force au niveau de l'attonewton
• Consommation d'énergie de l'ordre de 10 aW
• Niveau d'intégration extrême, atteignant mille milliards d'éléments par centimètre carré

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6. Électronique moléculaire

Illustration d'un dispositif à molécule unique

Comme son nom l'indique, l'électronique moléculaire utilise des molécules comme blocs de construction principaux pour les 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) que ce qui est actuellement possible avec les 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 composés exclusivement d'éléments de taille moléculaire soient encore très loin d'être réalisés, la demande croissante de puissance de calcul et les limites des techniques lithographiques actuelles rendent cette transition 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 massif 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, comprenant un réseau de capteurs électroniques et des outils d'intelligence artificielle pour la reconnaissance de motifs.

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

Les instruments à nez électronique sont utilisés par les laboratoires de recherche, les départements de production et les laboratoires de contrôle qualité pour diverses raisons, telles que la détection de contamination, d'altération et de fraude. 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 criminalistique et à la sécurité publique. La plupart de la reconnaissance biométrique utilise des images bidimensionnelles.

Cependant, quelques techniques biométriques avancées ont été développées ces dernières années. Cela inclut la reconnaissance d'empreintes digitales 3D, de paumes 3D, d'oreilles 3D et de visages 3D.

Que ce soit pour l'interaction homme-machine ou une sécurité renforcée, il y aura une large application de biométries robustes.

3. Peau et langue électroniques

Langue électronique pour la dégustation de vin | Crédit : Kenny McMahon / Washington State University

Les matériaux extensibles, flexibles et auto-réparateurs qui peuvent imiter les caractéristiques de la 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 l'interaction physique.

Ces matériaux pourraient ouvrir de nouvelles portes vers des applications utiles, telles que les prothèses, la robotique souple, la surveillance de la santé et l'intelligence artificielle. Les futurs designs de nouvelles peaux électroniques incluraient des matériaux à haute résistance mécanique, meilleure capacité de détection, recyclabilité et propriétés auto-réparatrices.

Une langue électronique, quant à elle, mesure et compare les goûts. Elle contient de multiples 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 alimentaire et des boissons à l'industrie pharmaceutique. Elles sont également utilisées pour évaluer les produits cibles et surveiller les paramètres environnementaux.

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2. Memristor

Le concept de memristor a été introduit par l'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.

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

Un memristor régule le flux de courant dans un circuit tout en mémorisant la quantité de charge qui y a précédemment circulé. Les memristors sont des composants non volatils qui offrent une très grande capacité de stockage ainsi qu'une grande vitesse.

Les brevets sur les 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 effectuer de la logique numérique avec l'implication à la place de la porte NAND.

1. Écran flexible

Royole : Écran flexible ultra-fin | Crédit image : Paul Sawers / VentureBeat

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

Les OLED basées sur un substrat flexible (métal, plastique ou verre) sont l'un des affichages visuels électroniques les plus prometteurs qui peuvent être pliés. Les panneaux en métal et en verre utilisés dans les OLED flexibles sont très fins, légers, durables etvirtuellement 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 et se rétracte hors de vue lorsqu'il n'est pas utilisé.

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 génération actuelle présentent de nombreux défauts et sont trop chers. La plupart sont des preuves de concept pour les premiers adoptants plutôt que des appareils adaptés au marché de masse. Cependant, il est clair que les écrans flexibles évoluent vers quelque chose de très différent, ce qui pourrait mener à des développements étonnants dans l'industrie technologique.