Во втором издании отчета «Оптические и радиочастотные метаматериалы 2024-2034: рынки, игроки, технологии» компания IDTechEx всесторонне рассматривает развивающуюся технологию электромагнитных метаматериалов. На основе интервью с компаниями по всей цепочке создания стоимости и существующих исследований IDTechEx в области оптики, телекоммуникаций и перспективных материалов, в отчете оценивается рынок оптических и радиочастотных (РЧ) метаматериалов для различных применений. Анализируются требования к каждому применению и приводятся примеры успешных проектов существующих игроков.
В отчете определены перспективные возможности в области реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей (RIS) в телекоммуникациях и металинз в камерах смартфонов. Благодаря подробной сегментации представлен всесторонний обзор состояния рынка и потенциала для каждого приложения. Прогнозы показывают, что к 2034 году объем мирового рынка достигнет 14,9 млрд долларов США, чему способствуют усовершенствование биометрических датчиков в смартфонах за счет использования металинз и растущее внедрение технологии 5G mmWave, ускоряющей использование RIS.
Десятилетний прогноз IDTechEx разделяет рынок электромагнитных метаматериалов на следующие ключевые рыночные сегменты, а многие другие анализируются в отчете «Оптические и радиочастотные метаматериалы 2024-2034: рынки, игроки, технологии». Источник: IDTechEx
Рынок радиочастотных метаматериалов
Радиочастотные метаматериалы находят применение в различных секторах, включая телекоммуникации, автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность и безопасность. Они могут использоваться в реконфигурируемых интеллектуальных поверхностях (RIS) для отражения, ориентации и экранирования электромагнитного излучения, компенсируя меньшую дальность действия высокочастотных сигналов. Кроме того, в радиолокационном формировании луча радиочастотные метаматериалы позволяют активно направлять электромагнитное излучение для улучшения углового разрешения. Это может быть особенно полезно для автомобильных радиолокационных систем. Радиочастотные метаматериалы также могут эффективно использоваться для защиты от электромагнитных помех, повышая безопасность за счет предотвращения утечки сигнала, и могут быть частотно-избирательными для создания прозрачного экранирования. Радиочастотные метаматериалы также имеют потенциал для медицинских применений, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ) и неинвазивный мониторинг уровня глюкозы.
Согласно прогнозам IDTechEx, крупнейшим рынком радиочастотных метаматериалов станут реконфигурируемые интеллектуальные поверхности (RIS) для связи в сетях 5G mmWave и будущих сетях 6G. Как 5G mmWave, так и 6G предлагают значительные преимущества, такие как возможность использования широкой полосы пропускания для поддержки пиковых скоростей передачи данных от гигабит до терабит в секунду при сохранении сверхнизкой задержки.
Однако использование высокочастотного спектра сопряжено с такими проблемами, как очень малая дальность распространения сигнала (сантиметры для частот выше 100 ГГц) и препятствия прямой видимости. Преодоление ухудшения качества сигнала и установление надежной связи на разумных расстояниях является приоритетной задачей для обеих технологий, особенно в оживленных городских районах, где постоянная связь имеет решающее значение, несмотря на эти препятствия.
Создание многочисленных базовых станций нерентабельно для обеспечения адекватного покрытия в высокочастотном диапазоне, таком как 5G mmWave и 6G. В отличие от этого, метаматериальные SIF-фильтры могут отражать и направлять сигналы к конечным пользователям, увеличивая дальность и мощность сигнала при минимальном энергопотреблении. Кроме того, интеграция метаматериальных покрытий с окнами может улучшить покрытие сигнала за счет отражения лучей вокруг препятствий в городских условиях. Эти решения обеспечивают широкое покрытие и открывают значительные возможности для интеграции материалов.
Рынок оптических метаматериалов
Относительно простые оптические метаматериалы, основанные на биомимикрии структур глаз мотыльков, имеют довольно долгую историю использования в качестве антибликовых (АР) покрытий на высококачественных объективах фотокамер. Однако ожидается, что метаматериалы, изготовленные с использованием процессов полупроводниковой промышленности, окажут огромное влияние, первоначально благодаря своей способности улучшать характеристики систем компьютерного зрения.
В 2022 году металинзы Metalenz стали доступны для коммерческого использования в датчиках времени пролета (ToF) компании STMicro, что ознаменовало первое коммерческое применение этой технологии. В этом случае металинзы улучшили характеристики сбора света в более компактном корпусе, чем заменяемая ими оптика. Наибольшая ценность металинз заключается в их способности добавлять дополнительные оптические функции, такие как поляризационная визуализация, в очень компактном размере. Это открывает огромный потенциал для применения в биометрической идентификации лиц в смартфонах и может в ближайшем будущем вывести распознавание лиц на рынок смартфонов за пределами линейки Apple, при этом компания Metalenz анонсировала модули датчиков, разработанные для этого применения, в конце 2023 года.
Ожидается, что металинзы на основе жидких кристаллов окажут значительное влияние на гарнитуры виртуальной реальности, где они могут быть использованы для разрешения конфликта конвергенции-аккомодации и помочь этим устройствам пройти «визуальный тест Тьюринга». Кроме того, активные оптические металинзы могут способствовать уменьшению размеров LiDAR и расширению рынков, на которых могут использоваться эти датчики.
Главным ограничивающим фактором для металинз является их широкий спектр действия, однако ожидается, что значительные инновации в конструкции самих метаповерхностей и программной компенсации сделают их более компактной и дешевой заменой объективам камер смартфонов в течение следующих десяти лет. В конечном итоге, металинзы способны произвести революцию во многих областях оптической промышленности в ближайшем будущем.
Автор: Сэм Дейл, технологический аналитик компании IDTechEx
