Datorer
Bygga en bättre smarttelefon med avancerad nanofotonik
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
Smartphone-tekniken har utvecklats i en hisnande takt, med betydande tillväxt i RAM- och lagringskapacitet. På samma sätt har antalet linser och megapixlar i kamerorna ökat dramatiskt. Framstegen har dock nyligen stannat av, och många anser att iPhone har förblivit i stort sett oförändrade sedan iPhone 11.
När vi går in i en ny era av snabb teknologisk tillväxt fokuserar dagens diskussion på de senaste innovationerna inom nanofotonik, som utnyttjar ljusets speciella egenskaper på mikroskopisk skala. Dessa innovationer skapar vågor inom olika områden, inklusive energieffektivitet, displayteknik, kamerasystem och mer.
Bland dessa framsteg sticker ett betydande genombrott ut från Duke Universitys elektroteknikforskare. Det har potential att revolutionera nanofotonikens vetenskap och dess tillämpningar i smarttelefonteknik. Professor Willie Padillas forskarteam har identifierat den teoretiska grundläggande gränsen för hur mycket elektromagnetisk strålning ett transparent material av en viss tjocklek kan absorbera.
Denna upptäckt, som hade undgått forskare i mer än två decennier, ger kritisk insikt i de möjligheter och begränsningar som transparenta material har när de absorberar elektromagnetisk strålning. Den matematiska metoden, utvecklad i samarbete med professor Vahid Tarokh, öppnar nya vägar för att förbättra enheter som blockerar vissa frekvenser av strålning samtidigt som de tillåter andra att passera.
Omdefiniera smarttelefonkameror
Med högre förväntningar på bild- och videokvalitet med varje ny generation av smarttelefoner har kameran i praktiken blivit den utmärkande funktionen för dessa enheter. Men det blir allt tydligare att begränsningarna i den gamla kamerautrustningen, som mestadels använder stora refraktiva linser, är begränsande. På grund av detta tar kameramoduler upp mycket utrymme i smarttelefoner och ger upphov till de ”kamerahöjder” som förstör den annars eleganta designen på många nya modeller.
Implikationerna av denna upptäckt är långtgående, med potentiella tillämpningar inom olika områden, inklusive stealth-teknik och trådlös kommunikation. I sammanhanget med smarttelefondesign kan denna upptäckt leda till utvecklingen av avancerade material som selektivt kan absorbera skadlig elektromagnetisk strålning samtidigt som de tillåter fördelaktiga signaler, såsom GPS eller Bluetooth, att passera obehindrat.
Genom att utnyttja denna nya förståelse av de grundläggande gränserna för elektromagnetisk energiabssorption kan ingenjörer nu optimera sina designer mer effektivt, med vetskap om när ytterligare ansträngningar för att förbättra prestanda ger avtagande avkastning. Detta genombrott förväntas påskynda utvecklingen av nästa generations smarttelefonkomponenter som prioriterar användarsäkerhet och enhetens funktionalitet.
En revolutionerande förändring är på väg att ske tack vare nanofotonik. Tillsammans med en global grupp forskare har vetenskapsmän från University of Washington skapat en liten kamera som använder ett hybridoptiskt system. Genom att kombinera en konventionell refraktiv lins med toppmoderna metaoptik har denna nya design plana ytor inbäddade med miniatyrnanostrukturer som kallas ”nanopelare”. I samarbete med ett artificiellt neuralt nätverk kan dessa nanopelare ta mycket detaljerade, färgfulla bilder genom att manipulera ljus på en subvåglängdsskala.
Så vad hände? En mycket mindre optisk stack som äntligen låter tillverkare säga adjö till kamerahöjden. Användare kan slappna av i vetskap om att de inte av misstag skadar kameramodulen, medan formgivare kan fokusera på att skapa mer minimalistiska designer. Men fördelarna är inte begränsade till hur de ser ut. Den förbättrade djupsensorn och den enastående prestandan i svagt ljus som möjliggörs av denna nanofotoniska kameras bredare bländare gör den konkurrenskraftig med specialiserade kameror som är mycket större. Utan behov av artificiell intelligens kommer de att låta människor ta bilder av professionell kvalitet i svagt ljus.
De stora, irriterande smartphonekamerorna kommer snart att bli ett minne blott när denna teknik når massmarknaden. Marknaden kommer snart att domineras av framväxande enheter som erbjuder överlägsna bildfunktioner i en mycket liten och stilren design.
Revolutionera displayupplevelsen
Skärmar definierar användarupplevelsen, även om kamerorna får all uppmärksamhet. Det är skärmen vi använder för allt från att titta på filmer och sociala medier till att spela spel och läsa våra flöden. På grund av deras överlägsna betraktningsvinklar, rikare färger och djupare svarta har organiska ljusemitterande dioder (OLED) nyligen ersatt konventionella flytande kristallskärmar (LCD).
Det finns dock fortfarande utrymme för utveckling inom OLED-teknik, särskilt när det gäller ljusstyrka och energieffektivitet. Nanofotonik är användbart i detta avseende. Nanosys Inc. och Anders Electronics PLC är pionjärer inom detta område med målet att omdefiniera standarderna för smartphoneskärmar.
År 2023 meddelade Anders Electronics ett revolutionerande nanofotoniskt material utvecklat för mycket tunna och effektiva organiska ljusemitterande diodskärmar. Designat för användning med smarttelefoner och andra bärbara enheter kan detta banbrytande material avsevärt förbättra den visuella kvaliteten samtidigt som batteriförbrukningen minskar. Å andra sidan använder Nanosys‘s QuantumLeapTM filmteknik kvantprickar för att erbjuda oöverträffad ljusstyrka, färgprecision och energieffektivitet; företaget meddelade detta 2023.
Tillverkare kan erbjuda konsumenter en otroligt realistisk visuell upplevelse genom att integrera dessa banbrytande nanofotoniska material i smartphoneskärmar. Som ett resultat kan vi förvänta oss paneler som är mer energieffektiva och har mer färg och ljusstyrka. På grund av detta kommer batteritiden att förlängas utan att kompromissa med bildkvaliteten.
Dessa fördelar med nanofotoniska displayer kommer sannolikt inte att begränsas till smarttelefoner. En mängd produkter, från smartklockor till virtual reality-headsets, kommer troligen att inkludera tekniken när den utvecklas vidare. Som ett resultat kommer nanofotonik att sätta en ny standard för visuell kvalitet överallt.
Klicka här för att lära dig mer om PHOLED-teknik.
Driva framtidens smarttelefoner: Nanofotonik och energieffektivitet
Oro och frustration över att batteritiden bara varar i timmar på grund av användningsmönster driver behovet av energieffektiva telefoner, vilket ökar år för år. En viktig konsumentbekymmer är den mängd kraft som smarttelefoner använder, och nanofotonik ger flera svar på detta problem.
Till exempel kan nanofotonik hjälpa till att skapa solceller med exceptionell effektivitet, som demonstrerats av Michigan-forskarnas nanofotoniska struktur. Den kan omvandla ljus till elektrisk energi med en imponerande effektivitet på upp till 40 %. Tack vare denna innovation kan solceller snart integreras direkt i smartphonens skärm, vilket öppnar spännande nya möjligheter för smartphonedesign. Detta innebär att din smarttelefon kan ladda sig själv medan du går igenom din dag genom att absorbera ljus från omgivningen.
Duke University-studien om de grundläggande gränserna för elektromagnetisk energiabssorption i transparenta material, som vi diskuterade initialt, förväntas ha en betydande inverkan på utvecklingen av nanofotoniska solceller och antenner för smarttelefoner. Genom att förstå dessa gränser kan forskare driva gränserna för energieffektivitet och trådlös kommunikation i mobila enheter.
Nanofotoniska antenner har potential att revolutionera trådlös kommunikation, bortom skärmar. De erbjuder den spännande möjligheten till mer effektiv och snabbare dataöverföring. Med sin mindre storlek och förmåga att fungera på högre frekvenser än konventionella metallantenner kan dessa små antenner öka dataöverföringshastigheten. Smarttelefonens effektivitet förbättras ytterligare av deras lilla storlek, vilket möjliggör mer strömlinjeformade enhetsdesigner. Nanofotonik kommer att revolutionera solenergi och trådlös kommunikation, två områden där behovet av effektiva teknologier växer.
Innovationer inom energihanteringslösningar för smarttelefoner och andra mobila enheter kommer att proliferera i takt med att nanofotoniska teknologier utvecklas. Nanofotonik kommer att vara avgörande för att säkerställa att våra enheter kan hantera de ökande kraven på funktionalitet och prestanda.
Hållbara smarttelefoner: Nanofotonik och miljövänlig design
När mobiltelefoner blir alltmer integrerade i våra dagliga liv börjar människor märka deras miljöpåverkan. Den energi som krävs för produktion och transport, tillsammans med utvinning av sällsynta jordartsmetaller, lämnar ett betydande avtryck på miljön. Intressant nog har nanofotonik en positiv inverkan här, då den snabbt blir en viktig resurs för att utveckla miljövänliga smarttelefondesigner.
Fotonstrukturteknik kan förbättra energieffektiviteten i tillämpningar som fotovoltaik och lysdioder. Jämfört med konventionella solcellskonstruktioner är detta material mycket bättre för miljön eftersom det består av tillgängliga, giftfria material. Faktum är att smarttelefonstillverkare kan kraftigt minska användningen av icke-förnybara batterikomponenter om de använder detta material i sina skärmar.
Nanofotonikens positiva effekter på miljön sträcker sig dock bortom bara energihantering. Mindre och lättare smarttelefoner blir möjliga tack vare nanofotoniska designer som möjliggör minskning av komponenternas storlek. Detta resulterar i mindre energi som används under transport och distribution samt färre råmaterial som behövs för tillverkning.
När nanofotoniska teknologier fortsätter att utvecklas kommer de teoretiska gränser som upptäckts av Duke University-forskarteamet att fungera som en vägledande princip för ingenjörer och formgivare som arbetar med hållbara smarttelefonlösningar. Genom att optimera absorptionsegenskaperna hos transparenta material kan tillverkare skapa enheter som inte bara är miljövänliga utan också mer effektiva i sin användning av elektromagnetisk energi.
Behovet av miljövänliga smarttelefoner kommer bara att öka i takt med att människor blir mer medvetna om planeten. Tillverkare kan möta detta behov och etablera sig som pionjärer i kampen mot klimatförändringarna genom att använda nanofotonisk teknik. De kommer att göra en positiv inverkan på vår framtid genom att förbättra teknologier och främja hållbarhet.
Utmaningar och framtidsutsikter
Även om den har stor potential innebär införandet av nanofotonik i smartphonedesign en hel del utmaningar. Kostnadseffektivitet och skalbarhet är ett av de största hindren. Trots deras exceptionella prestanda och effektivitet är massproduktion av nanofotoniska komponenter till ett överkomligt pris avgörande för att revolutionera smartphonemarknaden.
För att nanofotoniska teknologier ska utvecklas och kommersialiseras är det avgörande att framstående akademiska institutioner, kreativa startups och industriella jättar samarbetar. Ett utmärkt exempel på detta samarbete är samarbetet mellan GlobalFoundries (GFS ) och akademiska institutioner världen över. Deras mål är att påskynda skapandet av nanofotoniska lösningar för olika användningsområden.
På den rena kommersiella fronten finns det tre företag som verkar arbeta med att förbättra smarttelefoner genom nanofotoniska teknologier:
#1. Lumentum
Som en ledande leverantör av avancerade lasrar och optiska lösningar har Lumentums nanofotonikprodukter sannolikt tillämpningar i nästa generations smarttelefoner, vilket möjliggör avancerade funktioner och kapaciteter.
LITE Prisdiagram
Enligt finansiella data för räkenskapsåret 2023 ökade Lumentums intäkter från 1 712,6 miljoner dollar 2022 till 1 767 miljoner dollar 2023. Däremot sjönk rörelseresultatet till -115,7 miljoner dollar från 303,3 miljoner dollar föregående år, och driftskostnaderna ökade avsevärt från 485,3 miljoner dollar 2022 till 684,7 miljoner dollar 2023.
Företagets bruttovinst minskade också jämfört med föregående år, från 788,6 miljoner dollar 2022 till 569 miljoner dollar 2023. Lumentums grundläggande vinst per aktie (EPS) sjönk till 1,93 dollar 2023 från 2,79 dollar föregående år.
#2. Hamamatsu Photonics
Som ett stort globalt fotonikföretag tillverkar Hamamatsu ett brett sortiment av nanofotoniska komponenter och enheter. Deras teknologier kan integreras i smarttelefoner för att förbättra saker som kamerasensorer, skärmar, ansiktsigenkänning med mera.
Finansiellt upplevde Hamamatsu en nedgång i total omsättning, som sjönk från 56 455 miljoner yen i mars 2023 till 53 512 miljoner yen i december 2023. Dess bruttovinst minskade också från 31 545 miljoner yen i mars till 28 288 miljoner yen i december.
Företagets rörelseresultat minskade till 11 481 miljoner yen i december från 16 013 miljoner yen i mars. Det fanns också en minskning i nettoresultatet, som föll från 12 429 miljoner yen i mars till 8 945 miljoner yen i december.
#3. Xanadu
Medan Xanadu är mer inriktat på kvantberäkning, kan deras fotoniska kvantteknologier potentiellt ha framtida tillämpningar i smarttelefoner, vilket ger kvantaktiverad säkerhet och beräkningskapacitet till mobila enheter när teknologin mognar.
Xanadu har säkrat 267,08 miljoner dollar i finansiering genom 10 separata investeringsrundor, där den senaste kapitaltillskottet kom från Grant IV den 11 mars 2024. Företagets värdering var cirka 1 miljard dollar i november 2022.
För att säkerställa att nanofotonik används brett i smartphonedesign, standardisering och samarbete är av största vikt. Initiativ drivs av grupper som IEEE Photonics Society för att tillhandahålla standardtestprotokoll och bästa praxis för nanofotoniska enheter, så att branschen kan utvecklas på ett enat och effektivt sätt.
Fler revolutionerande framsteg i smartphonedesign är sannolikt att följa när dessa frågor löses och nanofotonikens teknik mognar ytterligare. Att integrera kvantfotona enheter är ett spännande perspektiv eftersom det kan föra kvantberäkning och ultra-säker kommunikation till smarttelefoner.
