Uutta tietotekniikassa. Nykyaikaiset innovatiiviset tekniikat
Teknologiat
Maailma paranee joka päivä, keksii ja löytää jotain uutta, ja ilman näitä edistysaskeleita emme olisi päässeet näin pitkälle.
Tiedemiehet, tutkijat, kehittäjät ja suunnittelijat ympäri maailmaa yrittävät toteuttaa asioita, jotka yksinkertaistavat elämäämme ja tekevät siitä mielenkiintoisempaa.
Tässä on joitain teknologioita tulevaisuutta , jotka nostavat elämämme aivan toiselle tasolle.
Tulevaisuuden uudet teknologiat
1. Biojääkaapit
Venäläinen suunnittelija on keksinyt "Bio Robot Refrigerator" -nimisen jääkaapin konseptin, joka jäähdyttää ruokaa käyttämällä biopolymeerigeeli. Hyllyjä, lokeroita tai ovia ei ole - syötät vain ruoan geeliin.
Kilpailun idean ehdotti Juri Dmitriev Electroluxin suunnittelulaboratorio. Jääkaappi käyttää vain 8 prosenttia kodin energiasta ohjauspaneeliin eikä tarvitse energiaa varsinaiseen jäähdytykseen.
Biopolymeerijääkaappigeeli käyttää kylmissä lämpötiloissa syntyvää valoa elintarvikkeiden säilytykseen. Geeli itsessään on hajuton ja tarttumaton, ja jääkaappi voidaan asentaa seinälle tai kattoon.
2. Huippunopea 5G-internet droneilta aurinkopaneeleilla
Google työskentelee aurinkoenergialla toimivien droonien parissa, jotka tarjoavat huippunopeaa internetiä projektissa nimeltä Projekti Skybender. Teoriassa droonit tarjoavat Internet-palveluita 40 kertaa nopeammin kuin 4G-verkot, mikä mahdollistaa gigatavujen tiedonsiirron sekunnissa.
Projektissa palvelun tuottamiseen käytetään millimetriaaltoja, koska matkaviestinnän nykyinen spektri on liian täynnä.
Näillä aalloilla on kuitenkin lyhyempi kantama kuin 4G-mobiilisignaalilla. Google työskentelee tämän ongelman parissa, ja jos kaikki tekniset ongelmat saadaan ratkaistua, ennennäkemättömän nopea Internet voi pian ilmestyä.
3. 5D-levyt teratavujen tiedon ikuiseen tallentamiseen
Tutkijat ovat luoneet 5D-levyn, joka tallentaa tietoja viidessä ulottuvuudessa ja joka kestää miljardeja vuosia. Se voi tallentaa 360 teratavua tietoa ja kestää jopa 1000 asteen lämpötiloja.
Levyllä olevat tiedostot on tehty kolmesta nanopistekerroksesta. Levyn viisi ulottuvuutta viittaavat pisteiden kokoon ja suuntaukseen sekä niiden sijaintiin kolmen ulottuvuuden sisällä. Kun valo kulkee levyn läpi, pisteet muuttavat valon polarisaatiota, jonka mikroskooppi ja polarisaattori lukevat.
Levyn takana oleva Southampton-tiimi pystyi tallentamaan ihmisoikeuksien yleismaailmallisen julistuksen, Newtonin optiikan, Magna Cartan ja Raamatun levylle. Muutaman vuoden kuluttua tällainen levy ei ole enää kokeilu, vaan siitä tulee normi tietojen tallentamisessa.
4. Happihiukkasten ruiskuttaminen
Bostonin lastensairaalan tutkijat ovat kehittäneet hapella täytetyt mikrohiukkaset, jotka voidaan ruiskuttaa verenkiertoon, jonka avulla voit elää, vaikka et hengitä.
Mikrohiukkaset koostuvat yhdestä kerroksesta lipidikapseleita, jotka ympäröivät pientä happikuplaa. 2-4 mikrometrin kapselit on ripustettu nesteeseen, joka säätelee niiden kokoa, koska suuremmat kuplat voivat olla vaarallisia.
Annettaessa kapselit kohtaavat punasoluja ja siirtävät happea. Tämän menetelmän ansiosta oli mahdollista viedä 70 prosenttia happea vereen.
5. Vedenalaiset kuljetustunnelit
Norja aikoo rakentaa maailman ensimmäisen vedenalaisen kelluvia siltoja 30 metrin syvyydessä veden alla käyttämällä suuria putkia, jotka ovat riittävän leveitä kahdelle kaistalle.
Ottaen huomioon maaston poikki liikkumisen vaikeudet, Norja päätti työskennellä vedenalaisten siltojen luomiseksi. Jo 25 miljardia dollaria maksaneen hankkeen odotetaan valmistuvan vuonna 2035.
Muut tekijät on vielä otettava huomioon, kuten tuulen, aaltojen ja voimakkaiden virtausten vaikutus siltaan.
6. Bioluminesoivat puut
Kehitystiimi päätti luoda bioluminesoivia puita käyttämällä entsyymiä, jota löytyy joistakin meduusoista ja tulikärpäsistä.
Tällaiset puut voivat valaista kadut ja auttaa ohikulkijoita näkemään paremmin yöllä. Projektista on jo kehitetty pieni versio pimeässä hehkuvan kasvin muodossa. Seuraava askel on puut valaisemaan katuja.
7. Roll-up-televisiot
LG on kehittänyt prototyypin TV, joka voidaan rullata paperirullaksi.
Televisio käyttää orgaanista polymeeriä olevaa LED-tekniikkaa näytön paksuuden pienentämiseen.
LG:n lisäksi muut suuret elektroniikkavalmistajat, kuten Samsung, Sony Ja Mitsubishi työskentelevät tehdäkseen näytöistä joustavampia ja kannettavampia.
Tulevaisuuden teknologian kehitys
8. Bionic linssi valolleRxihmisen visio
Kanadalainen lääkäri aikoo suorittaa kliinisiä testejä "bioniset linssit", jotka parantavat 100 % näön 3 kertaa 8 minuutin kivuttomalla leikkauksella.
Uusi linssi tulee saataville vuoteen 2017 mennessä, mikä parantaa silmän luonnollista linssiä. Leikkauksen aikana ruisku laittaa suolaliuosta sisältävä linssi silmään, ja 10 sekunnin kuluttua taitettu linssi suoristuu ja asettuu luonnollisen linssin päälle, mikä korjaa näön täysin.
9. Suihkuta vaatteet
Espanjalainen suunnittelija Manel Torres keksi maailman ensimmäiset suihkutettavat vaatteet. Sinä pystyt levitä suihke mihin tahansa kehon osaan, poista se, huuhtele ja käytä uudelleen.
Suihke on valmistettu erikoiskuiduista, joihin on sekoitettu polymeerejä, jotka antavat kankaalle joustavuutta ja kestävyyttä. Tämän tekniikan avulla suunnittelijat voivat luoda ainutlaatuisia vaatteita alkuperäisillä malleilla.
10. DNA:sta saadut muotokuvat
Opiskelija Heather Duy-Hagborg luo 3D-muotokuvia tupakantummista ja purukumista löytyvästä DNA:sta kadulla.
Hän syöttää DNA-sekvenssit tietokoneohjelmaan, joka luo näytteestä ihmisen ulkonäön. Tämä prosessi tuottaa tyypillisesti 25-vuotiaan version henkilöstä. Tämän jälkeen mallille tulostetaan 3D-muotoisia muotokuvia.
11. Shoppailu virtuaalitodellisuudessa
Yksi tällainen myymälä avattiin Etelä-Korean rautatieasemalle, jossa voit tee tilaus valokuvaamalla viivakoodi, ja ostoksesi toimitetaan kotiisi.
Kauppaketju Homeplus asensi kuusi sermiovea, joissa oli luonnollisen kokoisia kuvia hyllyistä, jotka sisältävät tavaraa, joita voit ostaa supermarketista. Jokaisen kohteen alla on viivakoodi, joka voidaan skannata ja lähettää sovelluksella.
Voit tehdä tilauksen asemalla matkalla töihin ja tavarat toimitetaan kotiisi illalla.
12. Itseajavat autot
Sitä odotettiin vuoteen 2020 mennessä kuljettajia on noin 10 miljoonaa, mikä vähentäisi kuolemien määrää 2 500:lla vuosina 2014–2030.
Monet autonvalmistajat ovat jo alkaneet ottaa käyttöön joitain automaattisia ajoominaisuuksia ajoneuvoissaan.
Myös monet yritykset yrittävät kehittää teknologiaa itseajaviin autoihin, kuten Google julkisti itseajavan auton prototyypin. Täysin autonomisen auton odotetaan valmistuvan vuoteen 2019 mennessä.
13. Kaupunki kupolin alla
Rakennustyöt käynnissä Dubaissa kauppakeskus nimeltä "Mall of the World", peitetty sisäänvedettävällä kupulla, joka ohjaa sisäilmaa ja toimittaa ilmastointia.
Monimutkainen pinta-ala on 4,46 km2, ja se sisältää suuren kauneus- ja terveyskeskuksen, kulttuuri- ja viihdealueen, hotelleja, joissa on 20 tuhatta huonetta ja paljon muuta. Tästä tulee suurin ostoskeskus, jossa on sisäteemapuisto.
14. Keinotekoiset lehdet, jotka muuttavat hiilidioksidin ja auringonvalon polttoaineeksi
Tiedemiehet ovat kehittäneet uutta aurinkokennoja, jotka muuttavat ilmakehän hiilidioksidia polttoaineeksi auringon avulla.
Vaikka hiilidioksidin muuttamiseksi hyödylliseksi on tehty monia yrityksiä, tämä on ensimmäinen kerta, kun todellinen menetelmä on kehitetty. Toisin kuin muut tekniikat, jotka vaativat jalometalleja, kuten hopeaa, tämä menetelmä käyttää volframipohjaista materiaalia, joka on 20 kertaa halvempi ja 1000 kertaa nopeampi.
Nämä aurinkokennot käyttävät ilmakehän hiilidioksidia tuottamaan synteesikaasua, vetykaasun ja hiilimonoksidin seosta, joka voidaan polttaa suoraan tai muuntaa hiilivetypolttoaineiksi.
Lähitulevaisuuden teknologiat
15. Plasmavoimakenttä, joka suojaa autoja onnettomuuksilta ja törmäyksiltä
Boeing on patentoinut menetelmän plasmakentän luomiseksi kuumentamalla ilmaa nopeasti iskuaaltojen imemiseksi.
Voimakenttä voidaan luoda laserilla tai mikroaaltosäteilyllä. Syntynyt plasma on ilmaa, joka on kuumennettu korkeampaan lämpötilaan kuin ympäröivä ilma, jolla on eri tiheys ja koostumus. Yhtiö uskoo pystyvänsä heijastamaan ja absorboimaan räjähdyksen tuottaman energian ja suojelemaan kentällä olevia.
Jos teknologia saadaan eloon, se on vallankumouksellinen kehitys sotilaallisella alalla.
16. Kelluvat kaupungit
Kelluva ekopoloosi, nimeltään Lilypad, arkkitehti Vincent Callebaut ehdotti tulevaisuuden ilmastopakolaisia varten pitkän aikavälin ratkaisuksi merenpinnan nousuun. Kaupunki voi majoittaa 50 000 uusiutuvaa energiaa käyttävää ihmistä.
Keskustellaan sellaisesta innovaatiosta kuin henkilökohtaisten tietokoneiden tulo. Ymmärtääksemme tämän ilmiön merkityksen, meidän on aloitettava tietokoneteollisuuden lyhyestä kehityshistoriasta (monografian mukaan).
40-luvulta lähtien tietotekniikan kehitys on edennyt kohti yhä tehokkaampien tietokoneiden luomista.
He miehittivät suuria halleja ja kuluttivat paljon sähköä. Käyttäjän ja tietokoneen välillä oli pääsääntöisesti välittäjä - ohjelmoija. Tietokoneen käytön laajentamiseksi yhteen järjestelmäyksikköön liitettiin useita näyttöjä. 70-luvulla alettiin puhua tietokoneverkoista ja laskentaresurssien yhdistämisestä. Todellinen tilanne oli erilainen: jopa kommunikointi "äiti"-tietokoneen kanssa oli usein vaikeaa teknisten ja ohjelmistojen epätäydellisyyden vuoksi - jouduit odottamaan pitkään näytön ääressä istuen vastausta yksinkertaisimpiin kysymyksiin, koska resurssit keskustietokoneesta käytettiin tuolloin työskentelyyn muiden näyttöjen kanssa, pääasiassa suurten tieto- ja ohjelmistomäärien siirtämiseen tietokoneesta näytölle ja takaisin.
Ensimmäiset kopiot henkilökohtaisista tietokoneista ilmestyivät vuonna 1973. Alun perin niitä pidettiin harvinaisina, kalliina leluina. Kuitenkin jo vuonna 1976 myytiin yli 20 tuhatta henkilökohtaista tietokonetta, joista kolme neljäsosaa ostivat ne, jotka aikoivat käyttää uudentyyppistä tietokonetta ammattitoiminnassaan, ei vain vapaa-ajan alalla. Ja buumi alkoi. Vuonna 1977 käytettiin 50 tuhatta henkilökohtaista tietokonetta ja 5 vuotta myöhemmin - vuonna 1982 - jo 5 miljoonaa. Kasvu 100 kertaa!
Kuluttajien tukeman innovaation omaksuneet yritykset kasvoivat nopeasti. Vuonna 1977 perustettu Apple Computer, jonka pääoma oli 2 500 dollaria, saavutti 1 miljardin dollarin vuotuisen liikevaihdon kuudessa vuodessa.
Yritykset, jotka tuottivat keskustietokoneita, eivät ennakoineet henkilökohtaisten tietokoneiden syntymistä ja nopeaa menestystä eivätkä kyenneet sopeutumaan välittömästi. 1980-luvun alkuun mennessä tietokoneteollisuuden kehityssuuntien ennustamisessa tapahtuneen virheen taloudelliset seuraukset mitattiin satojen miljoonien Yhdysvaltain dollarien vahingoissa (Eitel ja ICL-yhtiöt) tai miljardeissa dollareissa menetetyissä voitoissa (IBM-yhtiö). Tämän seurauksena syyskuussa 1980
Yksi suurimmista tietokoneyrityksistä, Aitel, asetettiin konkurssiin. Velan kokonaismäärä oli tuolloin 1,2 miljardia dollaria. Ja tämä huolimatta siitä, että vuosina 1974–1978 Aitelin bruttotulot kasvoivat 4 kertaa ja olivat 69 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria.
Vuonna 1979 IBM:n bruttotulot kiinteillä hinnoilla mitattuna laskivat ensimmäistä kertaa (koko historiansa aikana tietokonealalla). Mutta jättiläinen vastusti ja tarttui aloitteeseen löytäjiltä. 12. elokuuta 1981 IBM julkaisi oman henkilökohtaisen tietokoneensa. Ja tällä hetkellä Venäjällä 99% henkilökohtaisista tietokoneista tuottaa joko suoraan tämä yritys tai yritykset, joiden tuotteet ovat yhteensopivia IBM-tietokoneiden kanssa.
Muuntyyppiset tietokoneet, esimerkiksi henkilökohtaisten tietokoneiden pioneerin Apple Computerin Macintosh-perhe, näyttävät eksoottisilta Venäjällä. Tämä johtuu Venäjän taloushistorian erityispiirteistä. Yleisesti hyväksytyt virheet kotimaisten hyödyketuottajien teknisessä politiikassa tietotekniikan alalla ovat johtaneet siihen, että Venäjän markkinat ovat lähes täysin vapaat tuontitietokoneille. Ensimmäiset, jotka murtautuivat näille markkinoille ja valloittivat ne lähes kokonaan, olivat IBM-yhteensopivia tietokoneita tuottavat yritykset. Apple Computerille määrättiin kylmän sodan aikana määrätty kielto. Kun kielto kumottiin - oli jo liian myöhäistä - markkinat valloittivat kilpailijat. Ja Macintoshit voittivat tuskin yhden prosentin markkinoista.
Samaan aikaan Apple Computer tuottaa enemmän tietokoneita kuin mikään muu yritys, enemmän kuin jopa IBM. Vain 10-12% autoista maailman tuotannosta. Mutta IBM tuottaa yhdessä kumppaneiden kanssa, joiden tuotteet ovat yhteensopivia IBM:n henkilökohtaisten tietokoneiden kanssa, ja Apple Computer on loistavassa eristyksissä. Huolimatta useista Apple Computer -tuotteiden teknisistä ja ohjelmistoetuista IBM:n asemat näyttävät siis paremmilta. Oli helpompi päästä eteenpäin kuin pysyä johdossa.
50 supertietokonetta on asennettu ja käytössä Venäjällä ja IVY-maissa - Moskovassa, Pietarissa, Minskissä, Kiovassa, Novosibirskissä, Kazanissa, Irkutskissa, Dubnassa, Korolevissa ja muissa Venäjän federaation ja Moskovan alueen kaupungeissa. Niiden joukossa on kotimaisia venäläis-valko-Venäjän SKIF-supertietokoneita sekä kotimaassa koottuja T-Platform-tietokoneita.
- Higher Attestation Commission, prof., tietojenkäsittelytieteen tohtori 11:55, 29. elokuuta 2009 (UTC)
Tietojenkäsittelytieteen ja ICT:n innovaatiot
Tietojenkäsittelytieteen ja ICT:n innovaatiot- yksi liiketoiminnan, talouden ja koulutuksen innovatiivisen kehittämisen avainalueista Venäjällä, IVY-maissa, Euroopassa, Aasiassa ja kaikkialla maailmassa. Innovaatio on uutuus tai innovaatio, mutta vain sellainen, joka lisää vakavasti olemassa olevien järjestelmien tehokkuutta.
Globaali innovaatio- tämä on Internet ja Internet-teknologiat verkkosivustoilla, palvelimilla, portaaleilla, verkkokaupoilla ja etäopiskelulla, sähköisillä kirjastoilla ja sähköisillä tietosanakirjoilla sekä maailmanlaajuisilla kotimaisilla ja kansainvälisillä hakukoneilla,
Innovaatio on kehityksen tulos ja uuden tiedon, aiemmin käyttämättömien ideoiden hankkiminen teknologian päivittämiseksi; Tuotteet; organisaatiomuodot, kuten koulutus, johtaminen, työn organisointi, palvelu, tiede, informatisointi jne.) ja sitä seuraava toteutusprosessi (tuotanto), jolloin saadaan lisäarvoa (voittoa, radikaalia parannusta, edistystä).
ICT-innovaatiot koulutuksessa- tämä on tietojenkäsittelytieteen yhtenäisen valtiontutkinnon käyttöönotto kouluissa pääsykokeeksi tietokoneiden, teknisten, tekniikan ja matematiikan erikoisuuksien yliopistoihin, joissa opiskelijoiden on osoitettava tiedot ja taidot työskennellä toimistopakettien kanssa ja kyky ratkaista ongelmia tietokoneella.
Liike-elämän, talouden ja koulutuksen innovaatiot jaetaan:
- innovatiivisia ideoita
- innovatiivisia hankkeita
- innovatiivisia tuotteita
- innovatiivisia teknologioita
Tietojenkäsittelytieteen innovaatiot
Yläkouluissa on otettu käyttöön "Unified State Examination in Computer Science", joka on myös tietojenkäsittelytieteen pääsykoe kaikkiin Venäjän yliopistoihin tietotekniikan, tekniikan, tekniikan ja matematiikan erikoisuuksille.
Venäjän yliopistoissa Tietojenkäsittelytieteen ja ICT:n atk-erikoisuuksia on otettu käyttöön suuri määrä, joiden tarkoituksena on kouluttaa tietojärjestelmien, tietokantojen, yrityspalvelimien ja portaalien asiantuntijoita, kehittäjiä, toteuttajia ja järjestelmänvalvojia:
- Higher Attestation Commission, prof., tietojenkäsittelytieteiden tohtori 06:04, 16. heinäkuuta 2009 (UTC)
Avoimen lähdekoodin ohjelmistot kouluissa ja yliopistoissa
Venäjän hallituksen maaliskuussa 2008 tekemällä päätöksellä kaikki Venäjän toisen asteen koulut saivat peruspaketit kaupallisia ohjelmistoja tietokonelukutaidon, tietojenkäsittelytieteen perusteiden ja uuden tietotekniikan opettamiseen Windows-käyttöjärjestelmillä.
Kolmella Venäjän alueella vuonna 2008 käynnistettiin työ perusohjelmistopakettien käyttöönottamiseksi ja käyttöönottamiseksi toisen asteen tietojenkäsittelytieteen ja tietojenkäsittelytieteen luokkiin, ja opettajille ja tietojenkäsittelytieteen ohjaajille aloitettiin koulutus avoimen lähdekoodin ohjelmistojen kanssa työskentelyn tekniikasta Windowsissa ja Linux-ympäristöt.
- Higher Attestation Commission, prof., tietojenkäsittelytieteen tohtori 06:03, 16.7.2009 (UTC)
Internet-teknologiat yliopistoissa ja kouluissa
Tietojenkäsittelytieteen Internet-tekniikat - erilaisia työpajoja verkkosivustojen, blogien, sähköisten kirjastojen ja tietosanakirjojen luomiseksi Internetiin.
Internet-sivustot- Nämä ovat hypertekstijoukkoja, joissa on hyperlinkkejä, jotka on sijoitettu Internetin tietokoneverkon palvelimille ja portaaleille.
Blogit Internetissä- Nämä ovat Internet-sivustoja yhdistettynä vuorovaikutteisiin foorumeihin viestintää ja sivuston vierailijoiden viestien ja kommenttien julkaisemista varten.
Verkkosivujen kehitys Internet on yksi opiskelijoiden ja koululaisten tietojenkäsittelytieteen kurssien tärkeimmistä tehtävistä yliopistoissa ja kouluissa.
Elektroniset kirjastot ja tietosanakirjat ovat viimeisintä teknologiaa tieteellisen ja opetuskirjallisuuden julkaisemiseen Internetissä.
Hypertekstiohjelmien luominen JavaScript on yksi parhaista esimerkeistä ohjelmoinnin opettamisesta, koska näitä ohjelmia voidaan julkaista ja testata Internetissä.
Seuraavat JavaScript-ohjelmat on kirjoitettu ja julkaistu Internetissä, ja ne ovat edelleen toimivia ja käytettävissä jäljitelmään ja uusien Internet-oppikirjojen kehittämiseen.
JavaScript-kieli on yksi parhaista kielistä ohjelmoinnin opettamiseen Internetissä ja yliopistoissa ja kouluissa sekä etäopetuksessa.
Tietotekniikan erikoisaloja yliopistoissa
Yliopistojen informatiikka edustaa tietotekniikan perustavanlaatuisten tieteenalojen ja koulutuskurssien kokonaisuutta tietokoneasiantuntijoille laitteistojen ja laitteiden kehittämisestä ohjelmistokehitykseen sekä tietojärjestelmien ja tekniikoiden kehittämiseen. Tietojenkäsittelytiede on kypsä perustiede tietojen keräämisestä, käsittelystä ja siirtämisestä tietokoneissa ja tietokoneverkoissa aina maailmanlaajuiseen tietokoneverkkoon Internetin jättimäisine tietoresursseineen ja maailmanlaajuisine tiedonhakujärjestelmineen.
Erityisesti RIA Science -osion osalta >>
Steven Perlberg
Maailman talousfoorumi, joka tunnetaan vuosikokouksestaan Sveitsin Davosissa, on julkaissut uuden raportin, jossa hahmotellaan kuluvan vuoden tärkeimmät teknologiatrendit.
"Teknologiasta on tullut ehkä suurin muutostekijä nykymaailmassa", kirjoittaa yrittäjä Noubar Afeyan. "Riskiä ei ole koskaan, mutta positiiviset teknologiset läpimurrot lupaavat tarjota innovatiivisia ratkaisuja maailman kiireellisimpiin haasteisiin tämän päivän resurssien niukkuudesta globaaliin ympäristön muutokseen."
"Korostamalla tärkeimpiä teknologisia edistysaskeleita neuvosto pyrkii lisäämään tietoisuutta niiden mahdollisuuksista ja auttaa kuromaan umpeen investointeja, sääntelyä ja yleistä käsitystä", hän sanoo.
Tässä on yhteenveto tämän vuoden uusimmista tekniikoista puetettavista laitteista aivojen ja tietokoneiden rajapintoihin.
1. Vartaloon mukautettu puettava elektroniikka
NYPD testaa Google Glass -älylasejaPoliiseilla on käytössään useita laitteita, joilla testataan, miten tällaista tekniikkaa voidaan käyttää arjen ongelmien ratkaisemiseen. Mediatietojen mukaan poliisi voi käyttää Google Glassia kasvojen tunnistamiseen, tietojen hankkimiseen arkistoista, videoiden tallentamiseen ja raporttien laatimiseen."Näitä käytännöllisesti katsoen näkymättömiä laitteita ovat sykettä mittaavat in-ear-kuulokkeet, ryhtiä tarkkailevat alusvaatteiden anturit, elintärkeitä elinten toimintaa valvovat väliaikaiset tatuoinnit ja haptiset pohjat, jotka näyttävät GPS-suunnan jalkapohjissa tunnetun tärinän perusteella.
Tällä tekniikalla on monenlaisia sovelluksia: haptisia pohjia ehdotetaan käytettäväksi sokeiden oppaana, ja Google Glass on jo onkologien käytössä, sillä tämä laite auttaa heitä leikkauksissa näyttämällä lääketieteellisiä tietoja ja muuta visuaalista tietoa äänikomennoilla. .
2. Nanorakenteiset grafiittikomposiittimateriaalit
Nopeasti kasvavan ajoneuvokannan aiheuttamat ilmansaasteet aiheuttavat kasvavaa huolta ympäristönsuojelijan keskuudessa. Siksi liikenteen toiminnan tehostaminen on lupaava suunta saastumisen kokonaisvaikutusten vähentämiseksi.
Uudet menetelmät hiilikuidun nanostrukturoimiseksi edistyneille komposiittimateriaaleille osoittavat kyvyn vähentää ajoneuvon painoa 10 % tai enemmän. Kevyt ajoneuvo kuluttaa vähemmän polttoainetta, mikä lisää tehokkuutta ihmisten ja tavaroiden kuljettamisessa ja vähentää kasvihuonekaasupäästöjä.
3. Metallien uuttaminen merivesirikasteessa suolanpoiston aikana
Makeavesivarantojen pieneneminen jatkuu, ja tässä yhteydessä yksi ratkaisu ongelmaan on ollut meriveden suolanpoisto. Mutta suolanpoistolla on vakavia haittoja. Se vaatii paljon energiaa ja tuottaa myös jätettä tiivistetyn suolaveden muodossa, jolla mereen palautettaessa on vakava kielteinen vaikutus meren elämään.
Ehkä lupaavin ratkaisu tähän ongelmaan voi olla uusi asenne tätä rikastetta kohtaan, jos sitä ei katsota tuotantojätteenä, vaan erittäin arvokkaiden aineiden raaka-ainelähteenä. Niitä ovat litium, magnesium ja uraani sekä tavalliset sooda-, kalsium- ja kaliumyhdisteet.
4. Sähkön varastointi teollisessa mittakaavassa
On merkkejä siitä, että monet uudet teknologiat auttavat meitä pääsemään lähemmäksi useiden ongelmien ratkaisemista. Jotkut niistä, esimerkiksi virtausakut, pystyvät tulevaisuudessa varastoimaan kemiallista energiaa nestemäisessä muodossa ja suuria määriä, aivan kuten varastoimme hiiltä ja kaasua.
Erilaiset kiinteät akut mahdollistavat myös varsin suurien energiamäärien varastoinnin melko halpoihin ja helposti saatavilla oleviin materiaaleihin. Äskettäin keksityt suuren kapasiteetin grafeenikondensaattorit mahdollistavat akkujen lataamisen ja purkamisen erittäin nopeasti ja suorittaen useita kymmeniä tuhansia jaksoja. Muitakin vaihtoehtoja on, kuten kineettisen energian potentiaalin hyödyntäminen suurissa vauhtipyörissä ja paineilman varastointi maan alle.
5. Nanolankaiset litiumioniakut
2014: mitkä tieteelliset ideat pitäisi vetäytyäKuuluisat tiedemiehet ovat koonneet luettelonsa suosituista tieteellisistä ideoista, jotka ovat menettäneet merkityksensä viimeisimmän tutkimuksen ja nykyaikaisten näkemysten valossa.Nämä seuraavan sukupolven akut latautuvat täyteen nopeammin ja tuottavat 30–40 % enemmän sähköä kuin nykyiset litiumioniakut. Tämä auttaa muuttamaan sähköajoneuvojen markkinoita ja mahdollistaa aurinkoenergian varastoinnin kotona. Aluksi, seuraavan kahden vuoden aikana, älypuhelimissa käytetään silikonianodilla varustettuja akkuja.
6. Näyttö ilman näyttöä
Tällä alueella edistyttiin merkittävästi ja nopeasti vuonna 2013. Näyttää siltä, että meille on lähitulevaisuudessa tulossa tärkeitä läpimurtoja ruuduttomien näyttöjen kokomuuttujasovelluksessa. Useat yritykset ovat edistyneet merkittävästi tällä alueella. Puhumme, bionisista piilolinsseistä, vanhusten ja näkövammaisten matkapuhelimien kehittämisestä sekä videohologrammeista, jotka eivät vaadi laseja tai liikkuvia osia.
7. Ihmisen suoliston mikroflooran lääkkeet
Nykyään kiinnitetään paljon huomiota suoliston mikroflooraan ja sen rooliin erilaisten sairauksien esiintymisessä - infektioista ja liikalihavuudesta diabetekseen ja ruoansulatuskanavan tulehduksiin.
Kävi selväksi, että antibioottihoito johtaa suolistoflooran tuhoutumiseen ja aiheuttaa komplikaatioita, kuten Clostridium difficile -bakteerin aiheuttamia infektioita. Ja joissakin tapauksissa komplikaatiot voivat jopa olla uhka ihmisen hengelle. Toisaalta kliiniset tutkimukset ovat parhaillaan käynnissä terveestä suolistosta löytyvästä mikrobiryhmästä, mikä auttaa luomaan uuden sukupolven lääkkeitä parantamaan ihmisen suoliston mikroflooran hoitoprosessia.
8. RNA-pohjaiset lääkkeet
Ribonukleiinihappotutkimuksen (RNA) ja in vivo -synteesitekniikoiden edistyminen mahdollistaa uuden sukupolven RNA-pohjaisten lääkkeiden kehittämisen. Nämä lääkkeet pystyvät laimentamaan luonnollista proteiinia, jota esiintyy liiallisina määrinä, ja antavat kehon tuottaa optimoituja lääkeproteiineja kehon luonnollisissa olosuhteissa. Yhteistyössä suurten lääkeyhtiöiden ja tutkimuskeskusten kanssa on perustettu joukko yksityisiä yrityksiä, jotka kehittävät RNA-pohjaisia lääkkeitä ja hoitoja.
9. Tunne itsesi (ennustava analytiikka)
Älypuhelimet sisältävät runsaasti tietoa ihmisten toiminnasta, mukaan lukien kenet he tuntevat (yhteystietoluettelot, sosiaalisen median sovellukset), kenen kanssa he kommunikoivat (puhelulokit, tekstiviestilokit, sähköposti), missä he menevät (GPS, Wi-Fi-geantiviittaus). valokuvat) ja mitä he tekevät (käytettävät sovellukset, lataavat tiedot).
Näiden tietojen sekä erityisten koneymmärtämisalgoritmien avulla on mahdollista rakentaa yksityiskohtaisia ennakoivia malleja ihmisistä ja heidän käyttäytymisestään. Tämä auttaa kaupunkisuunnittelutyössä, yksittäisten lääkkeiden määräämisessä, tulevaisuuden tarpeiden pohtimisessa ja lääketieteellisessä diagnostiikassa.
10. Aivojen ja tietokoneiden rajapinnat
Kyky hallita tietokonetta pelkästään mielesi voimalla on lähempänä todellisuutta kuin uskotkaan. Aivojen ja tietokoneiden rajapinnat, joissa tietokone lukee ja tulkitsee signaaleja suoraan aivoista, ovat jo kliinisissä kokeissa ja osoittavat hyviä tuloksia. Niiden avulla ihmiset, joilla on quadriplegia (käsien ja jalkojen halvaus), eristysoireyhtymä ja aivohalvauksen saaneet voivat liikkua pyörätuolissaan ja jopa juoda kahvia kupista ohjaten robottikäsiä aivoaaltojen avulla. Lisäksi aivoimplantit auttavat osittain palauttamaan näön niille, jotka ovat menettäneet sen.
Lasersirut, joustavat painetut piirit, memristorit ja muut tekniset ihmeet ovat aivan nurkan takana! Kuvittele maailma, jossa elektroniset laitteet lataavat itsensä, musiikkisoittimet, jotka voivat toistaa koko äänikokoelmasi, itsekorjautuvat akut ja sirut, jotka muuttavat ominaisuuksiaan lennossa. Sen perusteella, mitä amerikkalaiset tutkimuslaboratoriot työskentelevät tänään, kaikki tämä ei ole vain mahdollista, vaan myös lupaavaa.
"Seuraavat viisi vuotta tulevat olemaan todella jännittävää aikaa elektroniikassa", sanoo David Seiler, puolijohdeelektroniikkaosaston johtaja National Institute of Standards and Technologyn (NIST) kaupallisessa osastossa Gaithersburgissa, Marylandissa. "Monet asiat, jotka nykyään vaikuttavat kaukaiselta tieteiskirjallisuudesta, yleistyvät."
Joten oletko valmis aloittamaan matkasi elektroniikan tulevaisuuteen? Monet ideat, joista puhumme tänään, saattavat kuulostaa fantastisilta, jotkut saattavat vaikuttaa vailla tervettä järkeä, mutta niille kaikille on yhteistä se, että ne on jo testattu laboratorioissa ja niillä on kaikki mahdollisuudet tulla kaupallisiksi tuotteiksi seuraavan viiden vuoden aikana. vuotta.
Tämän artikkelin pääaiheena on uusi kehitys mikroprosessoriteknologiassa - prosessoreista, jotka lähettävät tietoja laserilla, jotka korvaavat johdot, piireihin, jotka perustuvat uusiin materiaaleihin, jotka korvaavat perinteisen piin. Näistä teknologioista voisi tulla rakennuspalikoita monille uusille innovatiivisille tuotteille, joista osaa emme voi edes kuvitella tänään.
Sirut ilman johtoja: laserliitäntä
Tarkemmin tarkasteltuna voit nähdä, että tyypillinen mikroprosessori sisältää miljoonia ohuita johtimia, jotka venyvät kaikkiin suuntiin yhdistääkseen aktiiviset elementit. Pinnan alta katsottuna löydät vielä viisi johtoa. Jurgen Michel, tutkija MIT:n Microphotonics Centeristä Cambridgessa, aikoo korvata kaikki nämä johdot germaniumlaserien pulsseilla, jotka lähettävät tietoa infrapunasäteilyä käyttämällä.
”Kun prosessoreissa olevien ytimien ja komponenttien määrä kasvaa, liitäntäjohdot ylikuormituvat datalla ja niistä tulee heikko viestintälinkki. Fotonien käyttö elektronien sijasta parantaa tilannetta”, Michel selittää.
Siirtämällä tietoa valon nopeudella germaniumlaserit voivat siirtää tiedon bittejä ja tavuja 100 kertaa nopeammin kuin elektronien siirtäminen johtojen läpi. Tämä on erityisen tärkeää prosessoriytimien ja sen muistin välisen tiedonsiirron kannalta. Aivan kuten valokuitulinjat ovat parantaneet puheluiden tehokkuutta, lasereiden käyttö mikroprosessoreissa voi viedä tietojenkäsittelyn ennennäkemättömälle tasolle.
Parasta on, että MIT-järjestelmä ei vaadi valtavaa määrää ohuita kaapeleita prosessorien sisällä. Sen sijaan siru sisältää monia piilotettuja tunneleita ja onteloita, joiden läpi valopulssit kulkevat ja pienet peilit ja anturit lähettävät ja tulkitsevat dataa.
Perinteisen piielektroniikan yhdistäminen optisiin komponentteihin, jotka tunnetaan nimellä piifotoniikka, voi tehdä tietokoneista vihreämpiä - ympäristöystävällisempiä. Tämä johtuu siitä, että laserit kuluttavat vähemmän energiaa kuin johdot ja lähettävät vähemmän lämpöä ympäristöön.
"Optoelektroniikka on todellinen pyhä malja", Seiler sanoo. "Sen avulla voit laajentaa elektroniikan ominaisuuksia ja se on loistava tapa vähentää energiankulutusta, koska se ei sisällä johtoja, jotka ovat todellisia jäähdytyselementtejä ympäristölle."
Helmikuussa 2010 Michel ja hänen kollegansa Lionel Kimerling ja Jifeng Liu loivat ja testasivat onnistuneesti toimivan piirin käyttämällä sulautettua germaniumlaseria tiedonsiirtoon. Uusi siru saavutti yli 1 TB/s tiedonsiirtonopeudet, mikä on kaksi suuruusluokkaa nopeampi kuin nykypäivän parhaat langalliset sirut.
Uusi siru luotiin nykyaikaisilla puolijohdevalmistustekniikoilla ja joitain lisäyksiä, joten Michel uskoo, että siirtyminen laserpohjaisiin siruihin tapahtuu seuraavan viiden vuoden aikana. Jos lisätestit onnistuvat, MIT lisensoi valmistusteknologian. Uuden tyyppisen sirun laajaa käyttöä odotetaan vuoteen 2015 mennessä.
Lisäksi vuoteen 2015 mennessä odotetaan ilmestyvän 64-ytimisellä prosessorilla varustettuja tietokoneita, joiden ytimet toimivat itsenäisesti ja samanaikaisesti.
"Niiden kytkeminen johtoilla on umpikuja", Michelle sanoo. "Germaniumlaserin käytössä on valtavasti potentiaalia ja suuria etuja."
Uusimmat piirit: Memristors
Onko MP3-soittimesi täynnä suosikkimusiikkiasi ja tunnet olosi murhaajalta, joka poistaa tämän tai tuon kappaleen? Tässä tapauksessa memristorit voivat saapua juuri ajoissa.
Nämä ovat ensimmäiset täysin uudet elektroniset komponentit sitten piitransistorien luomisen viime vuosisadan 50-luvulla. Memristorit ovat nopeampi, kestävämpi ja mahdollisesti halvempi vaihtoehto flash-muistille. Ne ovat myös kaksi kertaa tilavampia - todellinen herkku musiikin ystäville.
.jpg)
"Jos päätämme määritellä tietokonetekniikan uudelleen tänään, meidän on yksinkertaisesti käytettävä memristor-muistia", sanoi R. Stanley Williams, johtava tutkija ja Quantum Science Research (QSR) -ryhmän johtaja HP Labsissa Palo Altossa. "Tämä on tulevaisuuden elektroniikan perusrakenne."
Kalifornian yliopiston professori Leon Chua mainitsi ensimmäisen kerran memristorin – toisin sanoen vastuksen, jossa on muisti – vuonna 1971. Mutta HP Labsin memristor-prototyyppejä esiteltiin julkisesti vasta vuonna 2008.
Memristoreiden luomiseen HP käyttää vuorotellen titaanidioksidia ja platinaa. Elektronimikroskoopissa ne näkyvät sarjana pitkiä yhdensuuntaisia projektioita. Alla, suorassa kulmassa, sama kerros sijaitsee muodostaen "kuutioita", joiden solukoko on 2 x 3 nm.
Tärkeintä on, että mitkä tahansa kaksi vierekkäistä johtoa voidaan liittää pinnan alla olevaan sähkökytkimeen, jolloin muodostuu muistisolu. Vaihtelemalla kuutioihin kohdistettua jännitettä tutkijat voivat avata ja sulkea pieniä elektronisia kytkimiä, jotka tallentavat tietoja aivan kuten perinteiset flash-muistisirut.
Uuden tyyppinen muisti on nimeltään ReRAM (Resistive Random Access Memory). Nämä sirut eivät ainoastaan tallenna kaksi kertaa niin paljon tietoa kuin flash, vaan ovat myös 1 000 kertaa nopeampia ja kestävät jopa 1 000 000 kirjoitusjaksoa verrattuna 100 000 kirjoitusjaksoon tavallisessa flash-muistissa. Lisäksi ReRAM lukee ja kirjoittaa tietoja vertailukelpoisilla nopeuksilla, kun taas flash-muistin kirjoittaminen kestää paljon kauemmin kuin sen lukeminen.
HP ja eteläkorealainen yritys Hynix ovat solmineet yhteistyösopimuksen ReRAM-sirujen massatuotannosta, jota voidaan käyttää monissa kannettavissa laitteissa, kuten multimediasoittimissa. Mutta tämä tarkoittaa teratavuja musiikkikappaleita, videoita ja e-kirjoja! Ensimmäiset tuotteet uusilla muistisiruilla odotetaan markkinoille vuonna 2013.
ReRAM korvaa myös dynaamisen RAM-muistin tietokoneissa. Koska ReRAM on haihtumaton, se ei menetä tietoja, kun järjestelmä sammutetaan, eikä kuluta virtaa toisin kuin DRAM. Williamsin mukaan välittömän tietojenkäsittelyn aikakausi on tulossa. Nykyään käyttäjät eivät useammin sammuta tietokoneitaan, vaan laittavat ne lepotilaan. Mutta kaikesta huolimatta tietokonetekniikan "herääminen" kestää useista sekunneista minuuttiin, ja vasta sen jälkeen pääsy tietoihin palautetaan. ReRAMia käyttävät laitteet palaavat toimintakuntoon välittömästi.
Lisäksi Williamsin mukaan sirun sisällä on mahdollista sijoittaa memristoriryhmiä päällekkäin. Tämä on polku 3D-muistin luomiseen, jonka avulla sirun sisällä olevaa tilaa voidaan käyttää tehokkaammin ja samaan fyysiseen tilavuuteen mahtuu paljon enemmän muistia.
"Tuottavien kerrosten lukumäärällä ei ole perustavanlaatuista rajoitusta", Williams selittää. "Seuraavien 10 vuoden aikana voimme luoda siruja, joissa on petatavun kokoinen muisti." Se on miljoona gigatavua muistia, joka riittää tallentamaan tarpeeksi teräväpiirtovideota vuodeksi katselua varten. Lisäksi itse sirun mitat eivät ylitä ihmisen kynnen kokoa.
”Muisti on vain yksi memristoreiden käyttömahdollisuuksista, mutta ei suinkaan ainoa. Tällä tekniikalla on valtava potentiaali”, Seiler sanoo.
Tietokonesuunnittelu voidaan määritellä uudelleen seuraavan 20 vuoden aikana. Vuonna 2010 HP:n tutkijat havaitsivat, että memristoreita voidaan käyttää loogiseen laskemiseen, ei vain tietojen tallentamiseen. Tämä tarkoittaa, että teoriassa nämä molemmat toiminnot voidaan toteuttaa samalle sirulle.
Ja jälleen Williams sanoo: "Yksi memristori voi korvata monia piirejä, mikä puolestaan yksinkertaistaa tietokoneiden arkkitehtuuria, suunnittelua ja toimintaa." Esimerkiksi yksi memristori voi korvata kuusi transistoria, joita käytetään luomaan staattisia RAM-soluja prosessorin välimuistiin.
Williamsin mukaan memristoriteknologia mahdollistaa jopa keinotekoisten hermosynapsien luomisen, jotka voivat jäljitellä aivojen toimintaa. Nykyään nämä ovat vain kaukaisia näkymiä, mutta pääasia, että ne ovat periaatteessa mahdollisia.
"Memristorilla on mahdollisuus kirjoittaa uudelleen elektroniikan säännöt", sanoo IBM:n fysiikan johtaja Supratik Guha. Hänen mielestään tekniikka vaatii kuitenkin vielä parannusta. "Heillä voi olla potentiaalia muistielementteinä", hän lisää. "Mutta kuten minkä tahansa tekniikan, sen on ryömittävä ennen kuin se kävelee ja kävellä ennen kuin se juoksee."
Toisin sanoen memristoriteknologiat eivät ilmesty odottamatta. Kestää kauan ennen kuin memristoreista tulee yhtä yleisiä kuin DRAM tai flash-muisti.
Vaihdettavat sirut: ohjelmoitavat kerrokset
Nopeimmista prosessoreista pienimpiin muistimoduuleihin. Lähes kaikilla modernissa elektroniikassa käytetyillä siruilla on yksi yhteinen piirre: niiden aktiiviset elementit sijaitsevat ylimmässä 1-2 prosentissa piikerroksesta, josta se on valmistettu.
Tämä muuttuu muutaman seuraavan vuoden aikana, kun valmistajat yrittävät pakata mahdollisimman monta komponenttia pystysuoraan kerrokseen. Jotkut valmistajat, kuten Intel, käyttävät teknologiaa yksittäisten sirujen yhdistämiseen, ja Rochesterin yliopiston tutkijat luovat monikerroksisia 3D-rakenteita sirujen sisään. Molemmat lähestymistavat ovat erittäin monimutkaisia ja kalliita.
Jos nyt vain olisi mahdollista pakottaa sirut rakentamaan piirinsä uudelleen "tarpeen mukaan", jotta niillä olisi useita kerroksia aktiivisia elementtejä. Tämä ajatus sisältyi Tabulan Spacetime-teknologiaan ja löysi tiensä ABAX-siruarkkitehtuuriin.
Sen sijaan, että ABAX painaisi pysyvästi useita kerroksia pysyviä komponentteja piihin, se käyttää uudelleen ohjelmoitavia piirejä, jotka voivat muuttaa toimintoja käyttäjän vaatimusten mukaan. Nykypäivän valmistajan sirut sisältävät 8 eri kerrosta, joiden ominaisuuksia voidaan muuttaa silmänräpäyksessä. .jpg)
"Se näyttää supermarketilta, jossa on kahdeksan kerrosta", selittää Steve Tieg, Tabulan teknologiajohtaja. "Käytät liukuportaita liikkumiseen kerrosten välillä." Sen sijaan, että olisi luotu kahdeksan erillistä fyysistä kerrosta omalla rakenteellaan ja tuotevalikoimallaan, Tabula esitteli tavan luoda yksi kerros (tai lattia), joka voidaan konfiguroida uudelleen tarpeiden mukaan.
"Se on kuin kun asiakas on liukuportaissa, joku järjestää lattian uudelleen luodakseen oikean tason oikeilla tuotteilla", Teague lisää. "Ympäristö liukuportaiden ulkopuolella näyttää siltä, että asiakas on kahdeksannessa kerroksessa, mutta itse asiassa siellä on yksi kerros, joka on yksinkertaisesti muutettu hänen tarpeisiinsa."
Sirun uudelleenohjelmointi toimintatilaan kestää vain 80 pikosekuntia, 1000 kertaa nopeammin kuin perinteisen sirun laskentajakso. Siten kerrokset vaihtuvat lähes lennossa sirun odottaessa seuraavaa komentoketjua.
Siten ABAX-sirujen avulla voit tehdä enemmän vähemmällä. Perinteisellä puolijohdevalmistustekniikalla valmistetut Tabula ABAX -sirut maksavat valmistajalle suunnilleen saman summan kuin perinteiset sirut. Tässä mallissa käytetään edelleen vain sirun yläkerroksia, mutta yksi kerros toimii kahdeksana eri siruna. Teague sanoo, että tekniikka voi kaksinkertaistaa piiritiheyden ja lisätä muistin ja videon kaistanleveyttä 3,5-kertaiseksi.
Tänä päivänä Tabula on keskittänyt panostuksensa erikoiskäyttöön tarkoitettujen lastujen valmistukseen. Tällaiset sirut ovat aikamme todellisia "työhevosia". He löytävät sovelluksia esimerkiksi langattomista reitittimistä tai solutornilaitteista.
Tabulan tulevaisuuden suunnitelmissa on käynnistää sirujen tuotanto suosittuihin elektronisiin laitteisiin - digikameroihin, pelikonsoleihin ja ehkä jopa täysimittaisiin tietokoneisiin. Nykyinen 8-kerroksinen sirusuunnittelu on jo siirtynyt massatuotantoon, ja Tabula työskentelee parhaillaan luodakseen 12-kerroksisen version, jonka tavoitteena on lisätä kerrosten lukumäärä 20:een.
"Integroitavien kerrosten lukumäärää ei ole rajoitettu", Teague huomautti.
Noesta piireihin: grafeenit
Viimeisten 45 vuoden aikana piitietokoneiden prosessorien transistorien määrä on kaksinkertaistunut joka toinen vuosi, mikä osoittaa, että Mooren laki toimii yhtä luotettavasti kuin painovoimalaki. Sirujen aktiivisten elementtien pienentyessä ja valmistaa halvemmalla niitä voitiin "puristaa" lopullisiin laitteisiin yhä suurempia määriä, mikä puolestaan lisäsi elektroniikan monimutkaisuutta, ominaisuuksia ja ... virrankulutusta.
Mutta itse asiassa tämä polku osoittautui umpikujaksi. Tutkijat yrittivät sovittaa piisirulle vielä enemmän transistoreita, mutta noin 14 nm:ssä alkoivat vaikeudet elementtien miniatyrisoinnissa. 14 nm on kahden veressämme olevan hemoglobiinimolekyylin koko eli noin tuhannesosa talkkijauheen koosta.
Grafeeni-niminen aine puhaltaa uutta elämää Mooren lakiin, joka on todistettu piiteknologialla. Grafeeni on hiiliatomien kerros, joka on järjestetty kuusikulmaisiin soluihin. Tällaisen kerroksen paksuus on 1 atomi. Elektronimikroskoopin alla grafeeni näyttää hyvin paljon hunajakennolta.
.jpg)
"Se ei vain näytä oudolta, vaan sillä on myös epätavallisia ominaisuuksia", sanoo Walt de Heer, Georgia Institute of Technologyn nanolaboratorion johtaja. - Grafeeni on ainutlaatuinen tulevaisuuden materiaali. Se on nopea, kuluttaa vähän energiaa ja sitä voidaan käyttää pienimpien elementtien valmistamiseen. Sen ominaisuudet ylittävät piin, se tekee sen, mihin pii ei pysty. Tämä on elektroniikan tulevaisuus."
Puolijohdetutkijat ovat kokeilleet grafeenia 1970-luvulta lähtien. Mutta viime aikoihin asti he eivät kyenneet luomaan erittäin ohuita kerroksia grafeenikuusikulmioista. Manchesterin yliopiston tutkijat Andre Geim ja Konstantin Novoselov loivat onnistuneesti ensimmäiset grafeenikerrokset vuonna 2004 (tästä ja muista grafeenitutkimuksen saavutuksista heille myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 2010). Tämän jälkeen grafeeniteknologiat alkoivat kehittyä nopeasti.
Vuoden 2011 alussa de Geerin ryhmä loi grafeenilangat – ensimmäinen iso askel kohti mikrosirujen luomista. Noin 10 nm:n langan paksuus saavutettiin epitaksilla - kasvattamalla puhdasta grafeenia piipohjalla. (Epitaksia on prosessi, jossa kasvatetaan ohut kerros kidettä toisen kiteen (substraatin) substraatille niin, että kasvanut kerros toistaa substraatin rakenteen).
Lopulta tutkijat onnistuivat saamaan elektronisia rakenteita, jotka ovat 1 nm paksuja ja paljon nopeampia kuin pii. Tutkijoiden ennusteiden mukaan grafeenien käyttö mahdollistaa prosessorien luomisen, joiden taajuus mitataan terahertseinä - tämä on 20 kertaa nopeampi kuin nykyaikaisten piiprosessorien nopeus.
Ensi vuonna Georgia Techin tutkijat toivovat saavansa valmiiksi grafeeniin upotetun prototyyppisirun ja testata, kuinka materiaalin ainutlaatuisia ominaisuuksia voidaan käyttää mikropiirien luomiseen.
IBM:n tutkijat ovat luoneet kokeellisia transistoreita ja integroituja piirejä, jotka perustuvat grafeeneihin käyttämällä tavallisia puolijohteiden valmistustekniikoita. Heidän mukaansa tätä voidaan pitää ensimmäisenä askeleena kohti grafeenin käyttöä teollisessa mittakaavassa.
"Tällä alueella on valtava potentiaali", sanoo IBM:n fysiikan johtaja Supratik Guha. - Grafeeneille löytyy käyttöä sotateollisuudessa ja langattomissa teknologioissa, lisäksi ne voidaan integroida piin kanssa. Tänään meidän on työskenneltävä lujasti osoittaaksemme, että vahvistinpiirejä on mahdollista luoda, ja niihin on integroitu korkealaatuisia grafeeniaktiivisia elementtejä."
Ensimmäisten grafeeneja käyttävien tuotteiden odotetaan ilmestyvän vuonna 2013. Siksi on ennenaikaista odottaa grafeeniprosessorilla varustettujen supernopeiden kannettavien tietokoneiden ilmestymistä lähitulevaisuudessa. Jos tällainen tekniikka ilmestyy, se on liian kallis ja sitä voidaan käyttää vain alueilla, joissa hinnalla ei ole väliä suuriin nopeuksiin ja alhaiseen virrankulutukseen verrattuna.
Myös meille tutut integroidut piirit olivat aikoinaan "kallista nautintoa" ja niitä käytettiin vain sotateollisuudessa ja muihin erikoistarkoituksiin. Tämän alueen historia on, että monet asiat tuodaan maailmaan kalliina ja saavuttamattomina, ja niistä tulee sitten halpoja ja yleisiä. Grafeenilla on valtava potentiaali, ja niiden odotetaan olevan julkisesti saatavilla seuraavien 10 vuoden aikana.
Painetut piirit: Budget Chips
Puolijohteiden vakiovalmistustekniikka sisältää sarjan monimutkaisia vaiheita, jotka suoritetaan täysin puhtaassa huoneessa, jossa ei ole elektroniikkaa vahingoittavaa pölyä ja epäpuhtauksia. Xerox käyttää yksinkertaisempaa ja halvempaa tapaa tuottaa elektroniikkaa tulostamalla piirejä muovipohjalle. Prosessissa käytetään laitteita, jotka voivat maksaa tuhansia dollareita, mutta ei miljardeja, joita tarvitaan perinteisen prosessorivalmistuslaitoksen perustamiseen.
.jpg)
"Perinteinen elektroniikka on nopeaa, pientä ja kallista", sanoo Jennifer Ernst, entinen liiketoiminnan kehitysjohtaja Xerox PARC Laboratorysta Palo Altossa, Kaliforniassa. "Painamalla ne suoraan muoville PARC tekee elektronisista komponenteista hitaita, suuria ja halpoja."
PARCin kehittämä tulostuspiirien teknologinen prosessi vaatii vähän enemmän vaivaa kuin esimerkiksi tavallisen kuvan tulostaminen. Tarvitaan vain erikoismateriaaleja, kuten hopeamustetta, ja itse piiri levitetään joustaville polyeteenikiekkoille herkän piin sijaan. Periaatteessa lopputuotetta tuskin voi edes kutsua siruksi.
Soveltamalla erilaisia tulostustekniikoita, kuten musteen ruiskutusta, leimaamista ja silkkipainatusta, PARC tuottaa vahvistimia, akkuja ja kytkimiä, jotka ovat paljon halvempia kuin perinteisesti valmistetut. Ja äskettäin yritys onnistui käynnistämään 20-bittisen muistin ja ohjaimien tuotannon, jotka tulevat myyntiin ensi vuonna.
Toinen mielenkiintoinen painettu piiriprojekti on räjähdysilmaisin, jonka PARC on kehittänyt Yhdysvaltain puolustusvoimien tutkimusprojektien virastolle (DARPA). Armeijakypäriin rakennetaan joustavia painettuja piirejä, joissa uudet anturit mittaavat painetta, äänitehoa, kiihtyvyyttä ja valoa taisteluympäristöissä.
Viikon rintamalla vietettyään sotilas palaa ja toimittaa kypäränsä erityiseen laboratorioon, jossa saadut tiedot analysoidaan huolellisesti ja lääkärit päättelevät, että aivovamman mahdollisuus on olemassa. Nämä anturit tekevät työn hyvin ja maksavat alle 1 dollarin verrattuna perinteisen anturin 7 dollarin hintaan.
Painetut piirit eivät tietenkään kilpaile piin kanssa, kun on kyse nopeudesta tai kyvystä pakata miljardeja transistoreita pieneen tilavuuteen. Mutta on monia sovelluksia, joissa hinta on paljon tärkeämpi kuin suorituskyky. Ja vuoden 2012 alussa painettuja piirejä aletaan käyttää leluissa ja elektronisissa peleissä, jotka vaativat yksinkertaista tietojenkäsittelyä - esimerkiksi puhesyntetisaattoreissa sekä autojen turvatyynyjen ohjauksessa.
.jpg)
Ja vuoteen 2015 mennessä painettuja piirejä löytyy muista elektroniikkatuotteista - joustavia e-kirjanlukijoita, jotka voidaan rullata putkeen kuten paperilehtiä tai vaatteiden valmistukseen aurinkokennoilla varustetuista erikoiskankaista, joilla voi ladata matkapuhelinta tai musiikkisoitin.
Joustavien painettujen piirien myynnin ennustetaan kasvavan 1 miljardista dollarista vuonna 2010 45 miljardiin dollariin vuonna 2016 tutkimusyhtiö IDTechExin mukaan. Niille löytyy käyttöä monenlaisissa laitteissa.
