Хотя печатные датчики исторически с трудом конкурировали с традиционными сенсорными решениями исключительно из-за своей стоимости, ситуация меняется. Массовая цифровизация требует более широкой и бесшовной цифровой интеграции, и крупногабаритные печатные датчики готовы стать движущей силой следующего поколения интеллектуальных сенсорных решений.
Технология печатных сенсоров большой площади, гибких и компактных. Источник: IDTechEx
Большая площадь поверхности: Печать датчиков — ключ к обнаружению больших площадей
Массовая цифровизация приведет к сбору данных с большего количества поверхностей, и крупногабаритные датчики, естественно, представляют собой решение для удовлетворения этой потребности. Крупногабаритные датчики, отображающие взаимодействие поверхностей, предоставляют больше пространственной информации и большую детализацию данных, чем одноточечные датчики. Для получения датчиков достаточно большой площади становится необходимой печать, что позволяет производить их в гораздо больших масштабах, чем это возможно при использовании традиционных методов производства.
В потребительской электронике наблюдается устойчивый рост применения печатных датчиков большой площади для картирования взаимодействия с поверхностями. Крупные производители ПК начали использовать печатные датчики силы большой площади в тачпадах ноутбуков, предлагая динамическую функцию 3D-касания для улучшения пользовательского интерфейса. Печатные фотодетекторы появляются в OLED-дисплеях, обеспечивая многоточечную аутентификацию по отпечатку пальца с минимальным влиянием на общую толщину устройства. Многоточечная аутентификация с помощью печатных фотодетекторов обещает до 700 миллионов раз более высокий уровень безопасности, чем существующие методы аутентификации по одному отпечатку пальца.
Возможности обнаружения на больших площадях с использованием печатных и гибких датчиков на основе органических фотодетекторов (OPD), перовскитных фотодетекторов (PPD) и квантовых точек (QD). Источник: IDTechEx
Неудивительно, что смартфоны и ноутбуки представляют собой важные точки входа на рынок для печатных датчиков. Эти устройства имеют большие пользовательские интерфейсы, которые легко выигрывают от дополнительной функциональности, предлагаемой печатными датчиками. Что еще более важно, быстрые сроки разработки и индивидуальный характер требований к датчикам в потребительской электронике дополняют возможности поставщиков технологий печатных датчиков, которые идеально подходят для совместной разработки индивидуальных решений в области датчиков.
Многофункциональность: Печатные датчики обеспечивают гибридную функциональность в компактном формате
Во многих сенсорных приложениях необходимо одновременно измерять несколько параметров. Например, в сенсорных панелях 3D Touch на ноутбуках высокоточное обнаружение касания должно сопровождаться распознаванием силы нажатия. Печать датчиков в виде листов позволяет накладывать и комбинировать различные слои датчиков с минимальным влиянием на форм-фактор или вес. Таким образом, печатные датчики предлагают относительно простой способ интеграции многофункциональных сенсорных систем в существующие продукты.
Интерес со стороны автомобильной промышленности стимулирует рост возможностей для многофункциональных печатных датчиков в таких областях применения, как терморегулирование батарей электромобилей. Гибридные печатные датчики температуры могут обнаруживать горячие точки в ячейках, в то время как слои, чувствительные к давлению, контролируют вздутие батареи, указывающее на отказ ячейки. Кроме того, печатные датчики, дополненные печатными нагревательными слоями, обеспечивают дополнительные средства для проведения этих измерений, предлагая комплексное решение для активного терморегулирования. Оптимизация развертывания, зарядки и разрядки увеличивает емкость батареи и продлевает срок ее службы, потенциально приводя к экономии до 3000 долларов на один автомобиль.
Многофункциональная технология печатных датчиков для активного мониторинга состояния батареи и управления температурным режимом. Источник: IDTechEx
Автомобильная промышленность переживает период устойчивой технологической перестройки, при этом метатренды электрификации и автономного вождения определяют будущее мобильности. Требования к автомобильным датчикам также меняются, создавая возможности для развития печатных датчиков, позволяющих создавать многофункциональные технологические решения. Если будут достигнуты ключевые пороговые значения стоимости, веса и энергоэффективности, печатные датчики потенциально могут определить будущие требования к датчикам электромобилей еще до того, как сближение химических процессов в батареях и конструктивных решений приведет к более стандартизированным решениям.
Гибкость: баланс между формой и функцией благодаря гибким датчикам
Жесткие датчики и детекторы, как правило, непригодны для применений, требующих конформного обнаружения на неплоских поверхностях, например, в медицинской рентгеновской диагностике, где в идеале детекторы должны повторять контуры конечностей. Печать датчиков на гибких подложках, таких как ПЭТ, полиуретан или полиимид, предлагает решение, которое невозможно воспроизвести с помощью непечатаемых датчиков. Разнообразие доступных упругих, термических и даже биоразлагаемых свойств означает, что решения для датчиков легко адаптируются к конкретным задачам и могут быть настроены под конкретные потребности.
Новые возможности для развития гибких фотодетекторов заключаются в их потенциале вытеснить существующие сенсорные технологии, которые, безусловно, выиграют от большей гибкости и возможностей измерения в неплоских областях. Примером могут служить фотодетекторы большой площади для рентгеновской визуализации. Гибкие, повторяющие форму тела рентгеновские датчики могут улучшить медицинскую диагностику, а в промышленных приложениях возможность получения изображений в ограниченных пространствах обещает более быструю и эффективную неразрушающую проверку компонентов.
Гибкость желательна лишь в ограниченном числе применений фотосенсоров, причем наиболее перспективные направления связаны с технологиями печатных сенсоров, такими как датчики силы, деформации и температуры. Однако некоторые гибкие фотодетекторы демонстрируют редкий потенциал для конкуренции по стоимости с существующими решениями для получения изображений, например, в рентгеновском и ближнем инфракрасном диапазонах. Тем не менее, перспективы роста популярности печатных фотодетекторов, способных вытеснить существующие датчики изображения, будут зависеть от соответствия определенным четко определенным и строгим критериям производительности.
Выводы и перспективы
До сих пор неспособность печатных датчиков соответствовать критическим требованиям по стоимости, производительности, размеру и надежности препятствовала их проникновению на ключевые рынки продукции. Но с учетом массовой цифровизации, стимулирующей потребность в сборе данных с постоянно увеличивающихся поверхностей, датчики большой площади быстро становятся наиболее ценным рыночным преимуществом технологии печатных датчиков.
Насыщенность рынков потребительской электроники стимулирует интерес к крупногабаритным датчикам, предлагающим инновационные новые функции, и поставщики технологий печатных датчиков имеют все возможности для того, чтобы идти в ногу с быстрыми циклами разработки. Многофункциональные и гибкие печатные датчики также становятся все более востребованными в медицинской отрасли и секторе электромобилей. Хотя традиционные датчики могут по отдельности обеспечивать измерение больших площадей, многофункциональность и гибкие форм-факторы, наиболее эффективный способ объединить все три функции — это использовать печатные датчики.
По прогнозам IDTechEx, к 2034 году объем рынка печатных датчиков достигнет 960 миллионов долларов. Ожидаемый рост будет обусловлен новыми возможностями, которые открывают многофункциональные гибкие датчики большой площади в таких областях применения, как управление состоянием батарей, биометрическая аутентификация на гибких дисплеях и даже гибкая рентгеновская медицинская и промышленная визуализация.
Автор: д-р Джек Хоули, технологический аналитик компании IDTechEx.
