Створення кращого смартфона з передовою нанофотонікою

Технології смартфонів розвиваються запаморочливими темпами, завдяки значному збільшенню оперативної пам’яті та обсягу пам’яті. Так само різко зросла кількість лінз і мегапікселів у камерах. Однак останнім часом прогрес зупинився, і багато хто вважає, що iPhone майже не змінився з iPhone 11.

Оскільки ми вступаємо в нову еру швидкого технологічного розвитку, сьогоднішня дискусія зосереджена на останніх інноваціях у нанофотоніці, що використовують особливі характеристики світла в мікроскопічному масштабі. Ці інновації викликають резонанс у різних галузях, включаючи енергоефективність, технології дисплеїв, системи камер тощо. 

Серед цих досягнень значний прорив від інженерів-електриків Університету Дьюка. Він має потенціал революціонізувати науку про нанофотоніку та її застосування в технології смартфонів. Дослідницька група професора Віллі Падільї точно визначила теоретичну базову межу того, скільки електромагнітного випромінювання може поглинати прозорий матеріал певної товщини.

Цей висновок, який вислизав від дослідників більше двох десятиліть, дає критичне розуміння можливостей і обмежень прозорих матеріалів у поглинанні електромагнітного випромінювання. Математичний підхід, розроблений у партнерстві з професором Вахідом Тарохом, пропонує нові шляхи для вдосконалення пристроїв, які блокують одні частоти випромінювання, дозволяючи іншим проникати.

Переосмислення камер смартфонів

Зі зростанням очікувань щодо якості зображень і відео з кожним новим поколінням смартфонів, камера, по суті, стала відмінною рисою цих пристроїв. Але стає все більш очевидним, що обмеження старого обладнання для камер, яке здебільшого використовує великі рефракційні лінзи, є обмежувальними. Через це модулі камер займають багато місця в смартфонах і призводять до появи «виступів камери», які псують інакше елегантний дизайн багатьох нових моделей.

Наслідки цього відкриття є далекосяжними, з потенційними застосуваннями в різних сферах, включаючи стелс-технології та бездротовий зв’язок. У контексті дизайну смартфонів це відкриття може призвести до розробки сучасних матеріалів, які можуть вибірково поглинати шкідливе електромагнітне випромінювання, дозволяючи безперешкодно передавати корисні сигнали, такі як GPS або Bluetooth.

Використовуючи це нове розуміння фундаментальних обмежень поглинання електромагнітної енергії, інженери тепер можуть ефективніше оптимізувати свої конструкції, знаючи, коли подальші зусилля з покращення продуктивності принесуть меншу віддачу. Очікується, що цей прорив прискорить розробку компонентів смартфонів наступного покоління, які надають пріоритет безпеці користувача та функціональності пристрою.

Завдяки нанофотоніці ось-ось відбудеться революційний зсув. Разом із глобальною групою дослідників, вчені з Університету Вашингтона мають створив маленьку камеру який використовує гібридну оптичну систему. Поєднуючи звичайну заломлюючу лінзу з найсучаснішою метаоптикою, ця нова конструкція має плоскі плоскі поверхні, вбудовані в дрібні наноструктури, які називаються «наностовпами». Співпрацюючи зі штучною нейронною мережею, ці наноколори можуть робити дуже деталізовані повнокольорові зображення, маніпулюючи світлом у субхвильовому масштабі.

То що ж сталося? Значно менший оптичний стек, який нарешті дозволить виробникам попрощатися з «горбом» камери. Користувачі можуть розслабитися, знаючи, що вони випадково не пошкодять модуль камери, а дизайнери зможуть зосередитися на створенні більш мінімалістичних дизайнів. Але переваги не обмежуються лише їхнім зовнішнім виглядом. Покращене сприйняття глибини та видатні характеристики при слабкому освітленні, що стали можливими завдяки ширшій діафрагмі цієї нанофотонної камери, роблять її конкурентоспроможною зі спеціалізованими камерами набагато більшого розміру. Без потреби у штучному інтелекті вони дозволять людям робити знімки професійної якості при слабкому освітленні.

Великі, надокучливі камери смартфонів незабаром підуть у минуле, оскільки ця технологія виходить на масовий ринок. Невдовзі на ринку домінуватимуть нові гаджети, які нададуть чудові можливості зображення в дуже маленькому та стильному дизайні.

Революціонізація відображення

Дисплеї визначають взаємодію з користувачем, навіть якщо всю увагу привертають камери. Це екран, який ми використовуємо для всього: від перегляду фільмів та соціальних мереж до ігор та читання наших стрічок. Завдяки чудовим кутам огляду, насиченішим кольорам та глибшим чорним відтінкам, дисплеї на органічних світлодіодах (OLED) нещодавно замінили звичайні рідкокристалічні панелі (РК).

Однак у OLED-технології ще є місце для розвитку, особливо в сферах яскравості та енергоефективності. У цьому відношенні корисна нанофотоніка. Nanosys Inc. і Anders Electronics PLC є піонерами в цій галузі з метою перевизначення стандартів для екранів смартфонів.

У 2023 році Anders Electronics анонсувала революційний нанофотонні матеріали, розроблені для дуже тонких і ефективних органічних світлодіодних екранів. Розроблений для використання зі смартфонами та іншими переносними пристроями, цей передовий матеріал може значно покращити якість зображення, одночасно зменшуючи використання батареї. І навпаки, NanosysТехнологія плівки QuantumLeapTM використовує квантові точки для забезпечення неперевершеної яскравості, точності кольору та енергоефективності; компанія оголосила про це у 2023 році.

Виробники можуть надати споживачам неймовірно реалістичні враження від перегляду, включивши ці передові нанофотонні матеріали в екрани смартфонів. У результаті ми можемо очікувати, що побачимо панелі, які є більш енергоефективними та мають більше кольору та яскравості. Завдяки цьому термін служби батареї буде продовжено без шкоди для якості зображень.

Однак ці переваги нанофотонних дисплеїв, ймовірно, не обмежаться лише смартфонами. Безліч продуктів, від смарт-годинників до гарнітури віртуальної реальності, ймовірно, включатиме цю технологію в міру її подальшого розвитку. У результаті нанофотоніка встановить нову планку візуальної якості всюди.

Натисніть тут, щоб дізнатися більше про технологію PHOLED.

Смартфони майбутнього: нанофотоніка та енергоефективність

Занепокоєння та розчарування щодо тривалості роботи батареї, яка триває лише години, через шаблони використання зумовлюють потребу в енергоефективних телефонах, яка щороку зростає. Важливе занепокоєння споживачів — кількість енергії, яку споживають смартфони, і нанофотоніка дає декілька відповідей на цю проблему.

Наприклад, нанофотоніка може допомогти створювати сонячні елементи з винятковою ефективністю, як продемонструвала нанофотонна структура дослідників з Мічигану. Вона може перетворювати світло в електричну енергію з вражаюча ефективність до 40%. Завдяки цьому нововведенню сонячні батареї незабаром можна буде інтегрувати безпосередньо в дисплеї смартфонів, що відкриває інтригуючі нові можливості для дизайну смартфонів. Це означає, що ваш смартфон може заряджатися сам, поки ви працюєте протягом дня, поглинаючи світло з навколишнього середовища.

Очікується, що результати дослідження Університету Дьюка щодо фундаментальних обмежень поглинання електромагнітної енергії прозорими матеріалами, які ми обговорювали спочатку, суттєво вплинуть на розробку нанофотонних сонячних елементів та антен для смартфонів. Розуміючи ці обмеження, дослідники можуть розширити межі енергоефективності та бездротового зв'язку в мобільних пристроях.

Нанофотонні антени мають потенціал революціонізувати бездротовий зв’язок, виходячи за рамки дисплеїв. Вони забезпечують цікаву перспективу більш ефективної та швидшої передачі даних. Завдяки меншому розміру та здатності працювати на вищих частотах, ніж звичайні металеві антени, ці крихітні антени можуть підвищити швидкість передачі даних. Ефективність смартфонів додатково підвищується завдяки їх невеликому розміру, що дозволяє створювати більш спрощений дизайн гаджетів. Нанофотоніка зробить революцію сонячної енергії і бездротовий зв'язок, дві сфери, де зростає потреба в ефективних технологіях.

Інновації в рішеннях для управління енергією для смартфонів та інших мобільних пристроїв будуть поширюватися в міру розвитку нанофотонні технології. Нанофотоніка матиме вирішальне значення для забезпечення того, щоб наші гаджети відповідали зростаючим вимогам до функціональності та продуктивності.

Екологічні смартфони: нанофотоніка та екологічно чистий дизайн

Оскільки мобільні телефони стають все більш інтегрованими в наше повсякденне життя, люди починають помічати їх вплив на навколишнє середовище. Енергія, необхідна для виробництва та транспортування, разом із видобутком рідкоземельних металів, залишає значний відбиток на навколишньому середовищі. Цікаво, що нанофотоніка робить тут позитивний вплив, оскільки вона швидко стає важливим ресурсом для розробки екологічно чистих дизайнів смартфонів.

Технологія фотонних кристалів може підвищити енергоефективність у таких додатках, як фотоелектричні та світлодіодні. У порівнянні зі звичайними конструкціями сонячних батарей, цей матеріал набагато кращий для навколишнього середовища, оскільки він складається з доступних нетоксичних матеріалів. Насправді виробники смартфонів можуть різко скоротити використання невідновлюваних компонентів акумулятора, якщо вони використовують цей матеріал у своїх екранах.

Однак позитивний вплив нанофотоніки на навколишнє середовище виходить за рамки простого управління електроенергією. Завдяки нанофотонним конструкціям, які дозволяють зменшувати розміри компонентів смартфонів, стало можливим створення менших та легших смартфонів. Це призводить до зменшення споживання енергії під час транспортування та розповсюдження, а також до зменшення кількості сировини, необхідної для виробництва.

Оскільки нанофотонні технології продовжують розвиватися, теоретичні обмеження, виявлені дослідницькою групою Університету Дьюка, слугуватимуть керівним принципом для інженерів і дизайнерів, які працюють над екологічними рішеннями для смартфонів. Оптимізуючи властивості поглинання прозорих матеріалів, виробники можуть створювати пристрої, які не тільки є екологічно чистими, але й більш ефективними у використанні електромагнітної енергії.

Потреба в екологічно чистих смартфонах лише зростатиме, оскільки люди почнуть більше піклуватися про планету. Виробники можуть задовольнити цю потребу та стати піонерами у боротьбі зі зміною клімату, використовуючи нанофотонні технології. Вони позитивно впливатимуть на наше майбутнє, удосконалюючи технології та сприяючи стійкості.

Виклики та перспективи на майбутнє

Незважаючи на великий потенціал, впровадження нанофотоніки в дизайн смартфонів має чималу частку перешкод. Проблема економічної ефективності та масштабованості є однією з найбільших перешкод. Щоб революціонізувати бізнес смартфонів, масове виробництво нанофотонних компонентів за доступною ціною має вирішальне значення, незважаючи на їх виняткову продуктивність і ефективність.

Щоб нанофотонні технології були розроблені та комерціалізовані, вкрай необхідно, щоб відомі академічні установи, творчі стартапи та промислові гіганти працювали разом. Чудовою ілюстрацією цих командних зусиль є співпраця між GlobalFoundries та науковими установами по всьому світу. Їхня мета — прискорити створення нанофотонних рішень для різних цілей. 

На суто комерційному фронті є три компанії, які, здається, працюють над вдосконаленням смартфонів за допомогою технологій нанофотоніки:

# 1. Просвіт 

Як головний постачальник складних лазерів та оптичних рішень, пропозиції Lumentum у сфері нанофотоніки, ймовірно, знайдуть застосування в смартфонах наступного покоління, забезпечуючи розширені функції та можливості.

За оцінкою фінансові дані за 2023 фінансовий рікДохід Lumentum зріс з 1,712.6 2022 млн доларів у 1,767 році до 2023 115.7 млн ​​доларів у 303.3 році. Однак його операційний дохід знизився до -485.3 млн ​​доларів порівняно з 2022 млн доларів, зафіксованими у попередньому році, а операційні витрати значно зросли з 684.7 млн доларів у 2023 році до XNUMX млн ​​доларів у XNUMX році.

Валовий прибуток компанії також знизився порівняно з попереднім роком, з 788.6 млн доларів у 2022 році до 569 млн доларів у 2023 році. Базовий прибуток Lumentum на акцію (EPS) знизився до 1.93 долара у 2023 році з 2.79 долара у попередньому році.

# 2. Фотоніка Хамамацу

Будучи великою світовою фотонічною компанією, Hamamatsu виробляє широкий спектр компонентів і пристроїв для нанофотоніки. Їхні технології можуть бути інтегровані в смартфони для покращення таких речей, як датчики камери, дисплеї, розпізнавання обличчя тощо.

Фінансово Хамамацу пережила спад у загальному доході, знизившись з 56,455 2023 мільйонів ієн у березні 53,512 року до 2023 31,545 мільйонів ієн у грудні 28,288 року. Його валовий прибуток також зменшився з XNUMX XNUMX мільйонів ієн у березні до XNUMX XNUMX мільйонів ієн у грудні.

Операційний дохід компанії знизився до 11,481 16,013 млн єн у грудні з 12,429 8,945 млн єн у березні. Також спостерігалося зниження чистого прибутку, який впав з XNUMX XNUMX млн єн у березні до XNUMX XNUMX млн єн у грудні. 

# 3. Xanadu 

Хоча фотонні квантові технології Xanadu більше зосереджені на квантових обчисленнях, вони потенційно можуть... мають майбутні застосування в смартфонах, забезпечуючи квантову безпеку та обчислювальні можливості для мобільних пристроїв у міру розвитку технології.

Xanadu залучив 267.08 мільйонів доларів США у вигляді фінансування через 10 окремих інвестиційних раундів, причому останнє вливання капіталу відбулося від Grant IV 11 березня 2024 року. Його оцінка становила приблизно 1 мільярд доларів США в листопаді 2022 року.

Для забезпечення широкого використання нанофотоніки в дизайні смартфонів стандартизація та співпраця є надзвичайно важливими. Щоб забезпечити об’єднаний та ефективний розвиток галузі, такі групи, як Товариство фотоніки IEEE, очолюють ініціативи, щоб надати стандартні протоколи тестування та найкращі практики для нанофотонних пристроїв.

Більш революційні досягнення в дизайні смартфонів, ймовірно, відбудуться після вирішення цих проблем і подальшого розвитку нанофотонні технології. Включення квантових фотонних пристроїв є інтригуючою перспективою, оскільки воно має потенціал для впровадження квантових обчислень і надзахищеного зв’язку на смартфони.

Натисніть тут, щоб дізнатися, чому космічна гонка крипто-смартфонів є першим полем битви в гонці за демократизацію web3.