Het IoT afdrukken

Dr. Janos Veres, leider van Parc ’s Novel and Printed Electronics-programma, kijkt naar het omzetten van printen in een fabricagetechniek voor elektronica om te voldoen aan de behoeften voor Internet of Things (IoT)-toepassingen. Elektronica gaat een nieuw tijdperk in, aangedreven door de snelle opkomst van het IoT. Wearables, automotive en het enorme scala aan IoT-toepassingen kunnen niet worden bediend door traditionele elektronica-in-a-box-oplossingen en we moeten verder gaan dan de eenvoudige massaproductie van elektronica en beginnen met het aanpakken van unieke, op maat gemaakte apparaten die on-demand worden gemaakt.

Een belangrijke factor voor deze overgang is flexibele en conforme elektronica. De afgelopen decennia werd gedrukte en flexibele elektronica gezien als een goedkope productieoptie voor massaproducten zoals displays, RFID, sensoren en interfacepanelen. Automobielbedrijven begonnen te experimenteren met in-mould elektronica, terwijl er gedrukt geheugen ontstond dat met bestaande gereedschappen kon worden vervaardigd.

Maar de uitdaging om kosten en prestaties te leveren in concurrentie met gevestigde producten en processen was aanzienlijk. Meer recentelijk hebben we nieuwe kansen gezien voor flexibele, gedrukte en hybride elektronica om nicheproducten en unieke vormfactoren te leveren.

Internet van slimme dingen

Het concept van afdrukbare elektronica is een belangrijke factor voor het massaal aanpassen van elektronica om een ​​internet van slimme dingen te creëren die vorm en functie op nieuwe manieren samensmelten. De belangrijkste verschuiving die heeft plaatsgevonden, is het besef dat we niet moeten proberen silicium te verslaan, maar het in plaats daarvan moeten gebruiken als onderdeel van onze toolkit.

Printen wordt dan een integratietechniek om unieke vormfactoren te leveren met de integratie van zachte en harde materialen en componenten, waardoor op maat gemaakte, on-demand producten tegen lage kosten mogelijk worden. Het gebruik van nieuwe materialen en vrijheid van ontwerp is spannend voor fabrikanten. Slimme verpakkingen zijn bijvoorbeeld in opkomst als bedrijven zoals Thin Film Electronics en PragmatIC experimenteer met de integratie van NFC (Near Field Communications).

Sensoren en gegevensverwerking die in verpakkingen zijn geïntegreerd, kunnen ook de bewaking van omgevingsparameters mogelijk maken. Voor sommige farmaceutische producten is bijvoorbeeld het bewaken van temperatuur, vochtigheid of kooldioxidegehalte bijzonder waardevol. Met slimme verpakkingen komt een hele reeks voordelen naar voren, van verhoogde productkwaliteit, minder afval en vereenvoudigde inspecties tot dynamische prijsherziening en tijd- en kostenbesparingen.

Zelfs rekbare elektronica

In de toekomst zien we dat flexibele hybride elektronica (FHE) systemen op grote schaal ingeburgerd raken, waar geprinte meerlaagse PCB's met uitgedunde chips aanleiding geven tot flexibele, zachte en zelfs rekbare elektronica. Printen is belangrijk omdat het on-demand fabricage op veel grotere gebieden mogelijk maakt en complexe integratie laag voor laag mogelijk maakt.

Dit betekent dat printen het potentieel heeft om een ​​waardevolle productietechniek te worden voor een groot aantal elektronica en IoT-apparaten, tot flexibele persoonlijke apparaten met de complexiteit van een mobiele telefoon.

Er moeten nog veel uitdagingen worden opgelost voordat we er zijn. Er zijn nieuwe materialen nodig die goed samengaan en alternatieven bieden voor kostbare elementen als zilver. Bedrukt koper is een voorbeeld, maar we zullen ook creatieve oplossingen zien op basis van andere materialen.

Rekbaarheid is een andere uitdaging die moet worden aangepakt door materiaalwetenschap. Onze stoutste voorspelling is dat we microchips in inkt kunnen veranderen en ermee kunnen printen. Dit is een radicaal concept dat snelle, on-demand fabricage van complexe circuits mogelijk maakt, maar het vereist nieuwe benaderingen van circuitontwerp.

De toekomst is gedrukt

Over het algemeen zien we een geprinte FHE-toekomst die ons dichter bij het creëren van op maat gemaakte oplossingen voor dingen, klein of groot, brengt, waarbij intelligentie wordt ingebed in de structuur van apparaten om ons heen. We zullen een groot aantal sensoren zien ingebed in auto- of ruimtevaartframes om de veiligheid te verbeteren.

Zachte robotica en protheses zijn andere gebieden, evenals aangepaste slimme patches die uw gezondheid bewaken. Belangrijk is dat we voorzien dat het ontwerpen en fabriceren van dergelijke componenten vereenvoudigd en toegankelijk zal worden, waardoor een versneld pad mogelijk wordt voor de algehele vooruitgang van elektronica en het IoT.

De auteur van deze blog is Dr Janos Veres van Parc