Smarte overflater i 6G - Elektronikknett
metasurface-1024x511

Smarte overflater i 6G

5G mobilteknologi er allerede gårsdagens nyheter. IDTechEx har sett på trykt elektronikk for fremtidens «smarte overflater» i 6G-verdenen. 

6G kommunikasjon kommer til smarttelefonen din rundt 2030, ifølge Samsung og andre produsenter. En forutsetning for å lykkes med holografier, øyeblikkelige nedlastinger og andre godbiter vil være distribuerte, «smarte overflater» overalt.

Fra tak til reklametavler og bygningsfasader, må de forsterke og omdirigere de fjerninfrarøde (FIR, se nedenfor) terahertz-signalene som trengs, ettersom disse er svake og utsatt for vær og ting i veien. Den første, og til nå eneste rapporten som dimensjonerer og fokuserer på dette aspektet er IDTechEx «6G Communications Reconfigurable Intelligent Surfaces Roadmap, Materials, Market 2021-2045».

De peker på trykt elektronikk som en essensiell teknologi, med linjebredder på bare noen få mikron etterhvert, når andre trinns 6G driftsfrekvens når én terahertz-nivå.

6G vil sannsynligvis starte ved 0,3 THz eller så, noe som betyr enklere linjebredder og større funksjonsstørrelser på en tidel av bølgelengden. Til å begynne med vil bare konvensjonelle halvlederkomponenter plasseres bak de trykte metamaterialmønstrene, fortrinnsvis trykt i kobber til en tidel av kostnaden for sølvmateriale. Trykking av halvlederkomponenter kommer senere.

Forskningen er fortsatt på et tidlig stadium, og tar for tiden ikke hensyn til kostnadsproblemer, til tross for at de er viktige bidrag til levedyktigheten for hele 6G-prosjektet. Uoffisielt sier noen forskere at såkalt flexografi eller fotoetsing kan ha en rolle.

Analytikerne hos IDTechEx mener potensialet for trykt elektronikk kan USD 7,5 milliarder innen 2034, hvilket krever en betydelig oppskalering av produksjonskapasiteten for trykt elektronikk.

I rapporten er noen av de tynne filmteknologiene som er vurdert for applikasjonen elektrohydrodynamikk, flexografi, flexoprint og plettering, fotoresist, fotolitografi med etsing, fotoherdet silketrykk og preget mønster av finmetall. Ytelsen til de ledende kandidatene blir vurdert og sammenlignet.

– Dette er ikke bare et spørsmål om kostnadsreduksjon, selv om trykt og fleksibel elektronikk vil være viktig for å gjøre de planlagte, store arealene mulige, sier Raghu Das, administrerende direktør i IDTechEx. – Det er andre problemer, som selvforsynt kraft og enkel integrering i tapeter og reklametavler uten at det går ut over ytelsen. De optimale fordelene er planlagt i andre fase av 6G, inkludert å forsterke signalet før det omdirigeres, betjene IoT-noder uten strømforsyning og til og med lade smarttelefonen din fra signalet.

– De nye høyelektronmobilitetstransistorene HEMT og andre komponenter som kommer må gjøres tynnere og overtrykkes med mønster på metaoverflaten, og mye høyere effekt må produseres og håndteres på film for å oppnå dette endepunktet, forklarer han.

IDTechEx finner at den grunnleggende rekonfigurerbare intelligente overflaten – RIS – vil bestå av PIN-diode-biasede såkalte "semi-passive metaoverflater" på rundt en dollar per kvadratmeter ved den forventede globale etterspørselen etter areale som forutsatt. Imidlertid ligger djevelen i detaljene. Du må legge til strømforsyning, faseskiftere og kontrollere, til og med i de første, ultra-laveffekt produktene på 1-100 kvadratmeter.

Denne kraften kan komme fra et trykt solcellelag. RIS vil trenge beskyttelseslag som koster mer, og overlag må være transparente for utstråling, og ideelt sett selvrensende. THz-transparent klebende lag for smart plakat? De fleste av disse tilleggsproblemene vil bli løst med trykt- og tynnfilm-elektronikk produsert rull-til-rull, mener analytikerne.

IDTechEx finner at 6G ikke kan skje uten RIS, og RIS kan ikke skje uten trykte metaoverflatematriser og tilpasset mønster. Både regjeringer og mega-selskaper investerte en milliard dollar i 6G-forskning i 2020, fordi de ser billion-dollar-muligheten som kan styrke nasjoner, men også utgjøre et nasjonalt sikkerhetsspørsmål. Imidlertid begynte de involverte ganske nylig å merke seg at den «glamorøse» maskinlæringen og matematikk for kunstig intelligens er godt ivaretatt, mens det de ser på som de mer prosaiske, men essensielle omprogrammerbare, intelligente overflatene blir relativt ignorert. Det er ikke engang kjent om de forskjellige trykte halvledere og dielektrikum skal bruke 3-5 forbindelser, vanadiumoksid, flytende krystallpolymerer eller andre alternativer som er undersøkt i rapporten.

Så, snakker vi om et "gullrush» der det er om å gjøre å «komme først og selge spader»? Ikke egentlig, ifølge IDTechEx. Man har nå innsett at 6G er like mye en maskinvareutfordring som programvare og systemer. – 6G-systemfolk kan avvise RIS som en enkel, sekundær sak, men RIS krever avanserte ekspertkunnskaper, og mange uløste problemer må løses innen den tildelte tidsrammen. Det kan føre til muligheter for virksomheter som driver med trykking av elektronikk med høy verdi, tilhørende etterspørsel etter avanserte materialer, noen av dem nye, skriver byrået.

Les mer om rapporten her: www.IDTechEx.com/6GRIS 

FIR

Fjerninfrarødt (FIR) er et område i det infrarøde spekteret av elektromagnetisk stråling. Fjerninfrarødt er ofte definert som all stråling med en bølgelengde på 15 mikrometer (µm) til 1 mm (tilsvarende et område på ca. 20 THz til 200 GHz), noe som plasserer fjerninfrarødt innenfor CIEs IR-B og IR-C-band.[1] Ulike kilder bruker ulike grenser for det fjerninfrarøde spekteret; for eksempel definerer astronomer noen ganger fjerninfrarødt som bølgelengder mellom 25 µm og 350 µm.[2]

Synlig lys inkluderer stråling med bølgelengder mellom 400 nm og 700 nm, noe som betyr at fjerninfrarøde fotoner har mindre energi enn fotoner i synlig lys.[3]    (Wikipedia) 

Intelligente overflater IDTechEx SOFT assessment of 6G reconfigurable intelligent surfaces. Source: IDTechEx report, “6G Communications Reconfigurable Intelligent Surfaces Roadmap, Materials, Market 2021-2045”.

Kommentarer