Embora os sensores impressos tenham historicamente enfrentado dificuldades em competir com as soluções de sensorização convencionais, unicamente devido ao seu custo, esta situação está a mudar. A digitalização em massa exige uma integração digital maior e mais fluida, e os sensores impressos de grande área estão prestes a impulsionar a próxima geração de soluções de deteção inteligente.
Tecnologia de sensores impressos, flexíveis e de grande área. Fonte: IDTechEx
Grande área de superfície: A impressão com sensores é fundamental para detetar grandes áreas
A digitalização em massa levará à recolha de dados em mais superfícies, e os sensores de grande área representam naturalmente uma solução para satisfazer esta necessidade. Os sensores de grande área que mapeiam as interações de superfície oferecem mais informação espacial e maior granularidade de dados do que os sensores de ponto único. Para obter sensores de área suficientemente grande, a impressão torna-se necessária, oferecendo produção em escalas muito maiores do que os processos de fabrico subtrativo permitem.
Os sensores impressos de grande área estão a experimentar um crescimento constante em aplicações de eletrónica de consumo para o mapeamento de interações com superfícies. Os grandes fabricantes de PCs começaram a empregar sensores de força impressos de grande área em trackpads de portáteis, oferecendo funcionalidade de toque 3D dinâmico para melhorar a experiência da interface do utilizador. Os fotodetetores impressos estão a surgir em ecrãs OLED para fornecer autenticação multitoque por impressão digital com impacto mínimo na espessura total do dispositivo. A autenticação multitoque com fotodetetores impressos promete até 700 milhões de vezes mais segurança do que os métodos atuais de impressão digital única.
Possibilidades de deteção em larga escala utilizando sensores impressos e flexíveis baseados em fotodetetores orgânicos (OPDs), fotodetetores de perovskita (PPDs) e pontos quânticos (QDs). Fonte: IDTechEx
Não é surpresa que os smartphones e os computadores portáteis representem importantes pontos de entrada no mercado para os sensores impressos. Estes dispositivos apresentam interfaces de utilizador amplas que beneficiam facilmente da funcionalidade adicional oferecida pelos sensores impressos. Mais importante ainda, os prazos de desenvolvimento acelerados e a natureza personalizada dos requisitos de sensores para eletrónica de consumo complementam as capacidades dos fornecedores de tecnologia de sensores impressos, que estão numa posição ideal para desenvolver em conjunto soluções de deteção à medida.
Multifuncionalidade: Os sensores impressos oferecem uma funcionalidade híbrida num formato compacto
Em muitas aplicações de sensorização, é necessário medir mais do que uma métrica em simultâneo. Por exemplo, nos trackpads 3D touch de computadores portáteis, a deteção de toque de alta precisão deve ser acompanhada pelo reconhecimento da força aplicada. A impressão de sensores em formato de folha permite o empilhamento e a combinação de diferentes camadas de sensores com um impacto mínimo no formato ou no peso. Portanto, os sensores impressos oferecem uma forma relativamente simples de integrar a deteção multifuncional em produtos já existentes.
O interesse da indústria automóvel está a impulsionar o crescimento das oportunidades para sensores impressos multifuncionais em aplicações como a gestão térmica de baterias de veículos elétricos. Os sensores de temperatura impressos híbridos podem detetar pontos quentes nas células, enquanto as camadas sensíveis à pressão monitorizam o inchaço da bateria, indicando falhas nas células. Além disso, os sensores impressos complementados por camadas de aquecimento impressas oferecem meios adicionais para realizar estas medições, proporcionando uma solução completa de gestão térmica ativa. As otimizações de implantação, carga e descarga aumentam a capacidade da bateria e prolongam a sua vida útil, podendo resultar numa poupança de até 3.000 dólares por veículo.
Tecnologia de sensores impressos multifuncionais para monitorização ativa da saúde da bateria e gestão térmica. Fonte: IDTechEx
O sector automóvel atravessa um período de contínua redefinição tecnológica, com as metatendências da electrificação e da autonomia a moldar o futuro da mobilidade. Os requisitos para os sensores automóveis também estão a evoluir, criando oportunidades de crescimento para os sensores impressos que possibilitam soluções tecnológicas multifuncionais. Se os principais limites de custo, peso e eficiência energética forem cumpridos, os sensores impressos têm o potencial de definir os futuros requisitos de deteção de veículos elétricos antes que a convergência na química e no design das baterias leve a soluções mais padronizadas.
Flexibilidade: Equilíbrio entre forma e função com sensores flexíveis
Os sensores e detetores rígidos não são geralmente adequados para aplicações que exijam deteção conformada em superfícies não planas, como em exames médicos de raios X, onde o ideal é que os detetores se adaptem aos membros. A impressão de sensores em substratos flexíveis, como PET, poliuretano ou poliimida, oferece uma solução que os sensores não impressos não conseguem replicar. A variedade de propriedades elásticas, térmicas e até biodegradáveis disponíveis significa que as soluções de sensorização são altamente personalizáveis e facilmente adaptáveis às aplicações finais.
As novas oportunidades de crescimento para os fotodetetores flexíveis residem no seu potencial para substituir as tecnologias de sensorização existentes, que beneficiariam claramente de uma maior flexibilidade e de capacidades de medição não planas. Os fotodetetores de grande área para imagens de raios X são um exemplo. Os sensores de raios X flexíveis e adaptáveis ao corpo podem melhorar o diagnóstico médico, enquanto que, em aplicações industriais, a capacidade de gerar imagens em espaços confinados promete testes de componentes não destrutivos mais rápidos e eficientes.
A flexibilidade é apenas desejável num número limitado de aplicações de fotossensorização, sendo as perspetivas mais promissoras as tecnologias de sensores impressos, como a deteção de força, deformação e temperatura. No entanto, alguns fotodetetores flexíveis demonstram o raro potencial de competir em termos de custo com as soluções de imagem existentes, por exemplo, na deteção de raios X e SWIR. Ainda assim, as perspetivas de crescimento para que os fotodetetores impressos substituam os sensores de imagem atuais dependerão do cumprimento de determinados critérios de desempenho bem definidos e rigorosos.
Conclusões e perspectivas
Até agora, a incapacidade dos sensores impressos em cumprir os limites críticos de custo, desempenho, tamanho e fiabilidade impediu a sua penetração em mercados de produtos importantes. Mas, com a digitalização em massa a impulsionar a necessidade de captar dados em superfícies cada vez maiores, a deteção em grandes áreas está a tornar-se rapidamente o diferencial de mercado mais valioso para a tecnologia de sensores impressos.
A saturação do mercado de eletrónica de consumo está a impulsionar o interesse em sensores de grande área que oferecem novas características inovadoras, e os fornecedores de tecnologia de sensores impressos estão bem posicionados para acompanhar os rápidos ciclos de desenvolvimento. Os sensores impressos multifuncionais e flexíveis são também cada vez mais desejáveis nos setores médico e de veículos elétricos. Embora os sensores convencionais possam, individualmente, alcançar a deteção de grande área, a multifuncionalidade e os formatos flexíveis, a forma mais eficiente de combinar os três é com sensores impressos.
Olhando para o futuro, a IDTechEx prevê que o mercado de sensores impressos atinja os 960 milhões de dólares até 2034. O crescimento projetado será impulsionado por novas oportunidades oferecidas por sensores flexíveis multifuncionais de grande área em aplicações como a gestão da saúde da bateria, autenticação biométrica em ecrãs flexíveis e até mesmo imagens médicas e industriais flexíveis por raios X.
Autor: Dr. Jack Howley, Analista de Tecnologia da IDTechEx
