Nel report "Metamateriali ottici e a radiofrequenza 2024-2034: mercati, attori e tecnologie", IDTechEx esamina in modo esaustivo la tecnologia emergente dei metamateriali elettromagnetici nella seconda edizione di questo rapporto. Basandosi su interviste con aziende lungo tutta la catena del valore e sulle ricerche già condotte da IDTechEx in materia di materiali ottici, di telecomunicazione e di nuova generazione, il report valuta il mercato dei metamateriali ottici e a radiofrequenza (RF) in diverse applicazioni. Analizza i requisiti di ciascuna applicazione e include casi di studio di aziende già presenti sul mercato.

Il rapporto identifica le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) nel settore delle telecomunicazioni e le microlenti nelle fotocamere degli smartphone come significative opportunità. Attraverso una segmentazione dettagliata, presenta una panoramica completa dello stato del mercato e del potenziale per ciascuna applicazione. Le previsioni indicano che il mercato globale raggiungerà i 14,9 miliardi di dollari entro il 2034, trainato dal miglioramento dei sensori biometrici negli smartphone tramite le microlenti e dalla crescente diffusione della tecnologia 5G mmWave, che sta accelerando l'adozione delle RIS.

Le previsioni a 10 anni di IDTechEx suddividono il settore dei metamateriali elettromagnetici nei seguenti segmenti di mercato chiave, con molti altri analizzati nel report "Metamateriali ottici e a radiofrequenza 2024-2034: mercati, attori e tecnologie". Fonte: IDTechEx

mercato dei metamateriali RF (radiofrequenza)

I metamateriali a radiofrequenza trovano applicazione in molteplici settori, tra cui le telecomunicazioni, l'automotive, l'aerospaziale e la sicurezza. Possono essere utilizzati nelle superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) per riflettere, orientare e schermare le radiazioni elettromagnetiche, compensando la portata ridotta associata ai segnali ad alta frequenza. Inoltre, nel beamforming radar, i metamateriali RF consentono di direzionare attivamente le radiazioni elettromagnetiche per migliorare la risoluzione angolare. Ciò potrebbe essere particolarmente vantaggioso per i sistemi radar automobilistici. I metamateriali RF possono anche essere utilizzati per schermare efficacemente dalle interferenze elettromagnetiche, migliorando la sicurezza impedendo la dispersione del segnale, e possono essere selettivi in ​​frequenza per creare schermature trasparenti. I metamateriali a radiofrequenza hanno anche un potenziale per applicazioni mediche, come la risonanza magnetica (MRI) e il monitoraggio non invasivo del glucosio.

Secondo le previsioni di IDTechEx, il mercato più importante per i metamateriali RF sarà quello delle superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) per le comunicazioni 5G mmWave e future 6G. Sia il 5G mmWave che il 6G offrono vantaggi significativi, come la capacità di sfruttare un'ampia larghezza di banda per supportare velocità di trasmissione dati di picco che vanno dai gigabit ai terabit al secondo, mantenendo al contempo una latenza estremamente bassa.

Tuttavia, l'utilizzo dello spettro ad alta frequenza presenta delle sfide, come la portata di propagazione del segnale molto limitata (pochi centimetri per frequenze superiori a 100 GHz) e gli ostacoli legati alla visibilità diretta. Superare il degrado del segnale e stabilire una comunicazione affidabile su distanze ragionevoli è una priorità per entrambe le tecnologie, soprattutto nelle aree urbane densamente popolate, dove la connettività costante è fondamentale nonostante tali ostacoli.

L'installazione di numerose stazioni base non è economicamente vantaggiosa per garantire una copertura adeguata nelle bande di frequenza elevate come il 5G mmWave e il 6G. Al contrario, le interfacce segnale-interferenza (SIF) a base di metamateriali possono riflettere e direzionare i segnali verso gli utenti finali, aumentando la portata e la potenza del segnale con un consumo energetico minimo. Inoltre, l'integrazione di rivestimenti a base di metamateriali nelle finestre può migliorare la copertura del segnale riflettendo i fasci attorno agli ostacoli nelle aree urbane. Queste soluzioni offrono un'ampia copertura e significative opportunità di integrazione dei materiali.

Mercato dei metamateriali ottici

I metamateriali ottici relativamente semplici, basati sulla biomimetica delle strutture dell'occhio di falena, vantano una lunga storia di utilizzo come rivestimenti antiriflesso (AR) su obiettivi per fotocamere di fascia alta. Tuttavia, si prevede che i metalli prodotti utilizzando processi tipici dell'industria dei semiconduttori avranno un impatto enorme, inizialmente grazie alla loro capacità di migliorare le prestazioni dei sistemi di visione artificiale.

Nel 2022, le metalenti di Metalenz sono state commercializzate nei sensori time-of-flight (ToF) di STMicro, segnando il primo utilizzo commerciale di questa tecnologia. In questo caso, le metalenti hanno migliorato le prestazioni di raccolta della luce in un formato più compatto rispetto alle ottiche che hanno sostituito. Il maggior valore delle metalenti risiede nella loro capacità di aggiungere ulteriori funzioni ottiche, come l'imaging a polarizzazione, in dimensioni molto compatte. Ciò offre un enorme potenziale di applicazione nella biometria facciale per smartphone e potrebbe portare il riconoscimento facciale su smartphone al di fuori della gamma Apple in un futuro prossimo, con Metalenz che ha annunciato moduli sensore progettati per questa applicazione alla fine del 2023.

Si prevede che le metalenti a cristalli liquidi avranno un impatto significativo sui visori per la realtà virtuale, dove potrebbero essere utilizzate per risolvere il conflitto tra vergenza e accomodazione e aiutare questi dispositivi a superare il "test di Turing visivo". Inoltre, le metalenti ottiche attive potrebbero contribuire a rendere i LiDAR più compatti e ad ampliare i mercati in cui questi sensori possono essere utilizzati.

Il principale fattore limitante per le metalenti è la loro limitata capacità di coprire un ampio spettro di luce, ma si prevede che significative innovazioni nella progettazione delle metasuperfici stesse e nella compensazione software le renderanno, entro i prossimi dieci anni, un'alternativa più compatta ed economica alle lenti delle fotocamere degli smartphone. In definitiva, le metalenti hanno il potenziale per rivoluzionare molti settori dell'industria ottica nel prossimo futuro.

Autore: Sam Dale, analista tecnologico presso IDTechEx