Fonik’teki Yeni Bilgiler, Nesil Sonraki İletişim Cihazlarını Yeniden Tanımlayabilir

İnternet dünya çapında kanatlarını açtıkça, bazıları iletişim patlamasının günlerinin bittiğini hissedebilir . Bazıları ise iletişim cihazları, çözümleri ve hizmetleri alanında daha fazla başarının mümkün olmadığını düşünebilir. 

Sektörü yalnızca tahmini büyüme yüzdesiyle değerlendirirsek, büyümenin az göründüğü doğru. Ancak bu, büyümeyi hesapladığımız temel pazarın olağanüstü büyük olmasından kaynaklanıyor. Projeksiyonlara göre, küresel iletişim hizmetleri pazarı 2024 ile 2028 arasında US$1.5 trillion to US$1.6 trillion arasında büyüyecek. 

Çoklu trilyon dolarlık bir pazarda büyüme, ancak bu alanda sürekli gerçekleşen çığır açan yeniliklerle sağlanabilir. Bu çözümlerden biri, daha küçük ve güçlü iletişim cihazları yaratmak için fonikleri kullanıyor. Aşağıda, Arizona Üniversitesi, Wyant Optik Bilimleri Koleji ve Sandia Ulusal Laboratuvarları’nda çalışan araştırmacıların geliştirdiği bu yeniliği tartışıyoruz. 

Fonik Kullanarak Kablosuz İletişimde Bir Sonraki Devrim

Yeniliği ve ayrıntılarını tartışmadan önce, fonikleri anlamaya çalışalım. Bilim topluluğu fonikleri şu şekilde tanımlıyor: fonikleri şu şekilde tanımlıyor "Hem geleneksel hem de yapay olarak yapılandırılmış malzemelerdeki içsel mekanik hareketin doğasını açıklamayı ve bu bilgiyi malzeme ya da yapısal/cihaz seviyesinde ya da her ikisinde fiziksel yanıt sınırlarını genişletmeyi amaçlayan yeni bir alan". 

Temel bilimsel tanım anlaşılması zor gelebilir, ancak fotonik ile bir benzetme yapmak bunu daha basit hale getirir. Fotonik, optik teknolojinin ilerlemesi için fotonları kullanır. Aynı şekilde, fonik, neredeyse işitilemez yüksek frekansta bir malzeme içinde mekanik titreşimleri ileten fiziksel parçacıklar olan fononları kullanır. 

Tartıştığımız araştırmada, bilim insanları son derece özelleşmiş yarı iletken ve piezoelektrik malzemeleri karıştırarak fononlar arasında devasa doğrusal olmayan etkileşimler üretebildiler. Sonrasında, aynı malzemeden yapılmış fonon amplifikatörleri kullanarak daha verimli, güçlü ve daha küçük kablosuz cihazlar, akıllı telefonlar ve veri vericileri dahil, oluşturdu. 

Çalışmanın kıdemli yazarı, New Mexico, Albuquerque’deki Arizona Optik Bilimleri Koleji ve Sandia Ulusal Laboratuvarları’nda ortak görev yapan Matt Eichenfield’e göre:

Çoğu insan, cep telefonlarının içinde radyo dalgalarını ses dalgalarına ve geri dönüştürmekle görevli yaklaşık 30 filtre bulunduğunu duyunca şaşırabilir. 

Şimdi, çok daha küçük fonik malzemeler devreye alındığında, bir fonon ışını diğerinin frekansını değiştirebildiği için bu kadar çok filtreye duyulan ihtiyaç azaltılabilir. 

Bu başarı, araştırmacıların radyo frekansı sinyal işleme için gerekli tüm bileşenleri transistör tabanlı elektronik yerine akustik dalga teknolojileriyle üretme vizyonuyla uyumludur. Sonuç, standart mikroişlemcilerin üretilme şekline uygun, tek bir çipe tüm bileşenlerin sığdırılması olur. 

Yeniliklerinin yaratabileceği etkiyi daha da detaylandırarak, Eichenfield şöyle dedi:

“Şimdi, bir radyo frekansı ön uç işlemci diyagramındaki her bileşeni işaret edebilir ve ‘Evet, bunların hepsini akustik dalgalarla tek bir çipte yapabilirim. Tüm sistemi akustik alanda üretmeye hazırız’ diyebilirsiniz.” 

Tek bir çip elde edip her şeyi ona sığdırmak, iletişim cihazlarını ve gereçlerini Eichenfield’in tahminine göre 100 kat küçültebilir. 

Benzer bir araştırma geçen yıl Michigan Üniversitesi’ndeki bir araştırmacı ekibi tarafından yürütüldü; burada nanoskopik kalınlıkta ferroelectric yarı iletken kullanarak yeni bir yeniden yapılandırılabilir transistör geliştirdiler. 

Ferroelectric Yüksek Elektron Mobilite Transistörü (FeHEMT) ile Akıllı Telefonlarda İletişim Cihazlarını Küçültmek

FeHEMT’in HEMT’lerden daha iyi olmasını sağlayan en önemli özellik, manyetik alanın elektrik versiyonu gibi bir elektriksel polarizasyonu sürdürebilmesidir. Transistöre davranışsal esneklik katan bu yarı iletkenler, pozitif ve negatif uçlar arasında geçiş yapabilir. 

FeHEMT yeniden yapılandırılabilir olduğundan, birkaç cihaz gibi çalışabilir. Tek bir amplifikatör, dinamik kontrol için hazır birden fazla amplifikatörün işlevini görebilir. Bu özellik, araştırmacıların cihazın devre alanını azaltmasına ve maliyet ile enerji tüketimini düşürmesine olanak tanır. 

The FeHEMT’ten HEMT’ye geçiş, derin bilimsel araştırmalar ve birçok deneme, test ve deney içeriyordu. Yarı iletken, alüminyum nitridin skandiyumla takviye edilmesiyle üretildi. İlk nitrit bazlı ferroelectric yarı iletken olması, onu bir sonraki nesil yarı iletken olan galyum nitrid ile sorunsuz bir şekilde bütünleştirmesini sağladı. Çıktı, silikonun 100 katına kadar hızlara ulaşabildi. Sadece yüksek hızlı değil, aynı zamanda son derece verimli ve düşük maliyetliydi. 

Elektrik ve bilgisayar mühendisliği araştırma bilimcisi ve araştırmanın ortak yazarlarından Ping Wang şöyle söyledi:

Bir HEMT’ye ferroelectriclik ekleyerek anahtarlamayı daha keskin yapabiliriz. Bu, yüksek kazançla birlikte çok daha düşük güç tüketimini mümkün kılarak cihazları çok daha verimli hale getirir.

Başka bir örnek olarak, Michigan Üniversitesi’nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği araştırmacıları, Bluetooth Düşük Enerjiyi kolaylıkla konuşabilen ilk milimetre ölçekli verici ve anteni inşa edebildiler.

Mikrometrik fotovoltaik hücrelerin cihaz miniaturizasyonuna nasıl öncülük edebileceğini öğrenmek için buraya tıklayın.

İlk Milimetre Ölçekli Verici ve Antenin İnşası

Prof. David Wentzloff ekibi yönetti ve araştırma sonunda Bluetooth Düşük Enerji ile doğru bir şekilde iletişim kurabilen ilk milimetre ölçekli cihazı ortaya çıkardı. Verici ve anten, iletim sırasında yalnızca 606 mikrowatt, yani toplamda 0.6 milivat tüketti. Sistem, amplifikatörü gereksiz kılarak ya da ortadan kaldırarak osilatör ve antenin benzersiz bir kombinasyonunu oluşturarak bu ölçeği başarabildi. 

İcadın potansiyelini açıklarken, Prof. Wentzloff şöyle dedi: 

“Kablosuz bağlantı engelini ortadan kaldırarak açılacak gelecekteki araştırma yönleri konusunda heyecanlıyım!”

Bu başarı, IoT alanında yeni yollar açacak ve benimsenme kapasitesini önemli ölçüde artıracak. 

Bu buluş, üniversitenin amiral gemisi yeniliği Michigan Micro Mote (M3), dünyanın ilk milimetre ölçekli bilgisayarı için de kritik öneme sahipti. Böyle bir vericinin M3’e entegre edilmesi, sıradan bir akıllı telefonla iletişimi daha verimli hale getirecek. 

Kullanılabilirliğini açıklarken, Wentzloff şöyle dedi: 

“Bu radyo, M3 yığınına ilk standart uyumlu iletişimi ekliyor. Bu, M3 cihazlarını daha hızlı dağıtmamıza ve doğrudan bir akıllı telefona bağlanarak algılanan verileri buluta daha kolay ulaştırmamıza olanak tanıyor.”

Böyle olağanüstü araştırmalar, bir sonraki nesil iletişim standartlarını devrim niteliğinde değiştirecek. Küresel şirketler, iletişim cihazlarını geleceğe hazır hâle getirmek için araştırma ve kaynak yatırımı yapıyor. Bu şirketler, bu çalışmalar ve deneylerden büyük ölçüde fayda sağlayabilir. Aşağıdaki bölümlerde, bu şirketlerden birkaçını ele alacağız. 

#1. Nokia

Nokia, geniş bir iletişim cihazı portföyü sunar. Özellikle alan optimizasyonunda öne çıkan ürün serisi, AirScale Small Cells’dir. 

Nokia, endüstrinin en kapsamlı küçük hücre portföyüne sahiptir; radyo sistemleri, mobil ağ operatörleri ve işletmeler için tüm dağıtım senaryolarını destekleyecek şekilde optimize edilmiştir. AirScale Shikra Radyo olarak da bilinen bu sistemler, milimetre dalga radyo ve iç mekan çözümleri için pico radyo şeklinde sunulur.  

Shikra radyo’ları, bağımsız ya da birleştirilmiş olarak kurulabilen küçük ve kolay dağıtılabilir cihazlardır; küçük hücre optimizasyonlu baz band birimleri, ağ dağıtımını hızlandırır. Kompakt yapıları sayesinde, mmWave radyo, yoğun kentsel alanlar, alışveriş merkezleri, spor salonları ve yüksek kapasitenin kritik olduğu büyük halka açık mekanlar gibi çeşitli konumlarda dağıtıma hazırdır. 

Pico radyo’ları, iç mekan çözümü olarak bir dizi kurumsal kullanım senaryosuna hizmet eder; birden çok radyo erişim teknolojisini ve esnek ağ yapılandırmalarını destekler. Nokia ayrıca, ayrı bir baz band birimi gerektirmeyen ve hem iç hem dış mekanlarda basit tak-çalıştır kurulumu ve dağıtım esnekliği sağlayan tümleşik küçük hücre çözümlerine de sahiptir. 

2023 mali yılı için, Nokia yıllık gelirini 22.258 milyar EUR olarak raporladı, önceki mali yılın 24.91 milyar EUR’luk gelirinden belirgin bir düşüş. Operasyon karı da FY 23’te 2.375 milyar EUR, FY 22’de 3.109 milyar EUR iken azaldı. 

#2. Motorola Solutions

Motorola, geleceğin, sofistike ve keskin iletişim cihazlarını dünyaya tanıtan öncü bir şampiyon olmuştur. Bu araştırmadan özellikle fayda görebilecek ve sınırları daha da zorlayabilecek bir cihaz, Motorola’nın TLK 25 giyilebilir iletişim cihazıdır. Ağırlığı yalnızca 73 gram ve ölçüleri 3.2X1.9X0.7. 

Temel olarak, TLK 25 bir giyilebilir WAVE PTX cihazıdır ve sadece bir telsiz gibi itme-konuşma yeteneklerinin ötesine geçer. Bu cihazlar kompakt, dayanıklı ve sezgisel bir ses asistanına sahiptir. Cihaz Wi‑Fi bağlantısına sahiptir ve Wi‑Fi mevcut olmadığında ulusal LTE’yi de kullanır. Sezgisel ses asistanı, iletişim, cihaz ayarları, güvenlik özellikleri, durumlar, bildirimler ve uyarılara eller serbest erişim sağlar. 

Motorola’nın TLK 25 ürün serisi, kompaktlığı ve özelliklerinin özlü olmasıyla öne çıkar. Bu cihazlar, araştırma ve iletim çözümlerinden büyük ölçüde fayda sağlayarak daha şık ve verimli hâle gelecektir. 

2023’ün dördüncü çeyreğinde, Motorola Solutions net satışlarını (MSI )  2.85 milyar USD olarak raporladı, 2023 tam yıl geliri ise neredeyse 10 milyar USD idi. 2023 yılı işletme kazancı, 2022’deki 2.368 milyar USD’den 2.784 milyar USD’ye yükseldi. 

İletişim Cihazlarının Modern Dünyamızdaki Rolü

İnsan uygarlığının, verimli iletişim araçları ve yöntemleri olmadan hayatta kalması zor olurdu. Bir sonraki nesil iletişim cihazları, geleceğe daha hazır hâle gelmek için birçok niteliği geliştirmek zorunda. 

Bu cihazlar, örneğin, en zorlu koşullara dayanabilecek şekilde hazırlanmalıdır. Ses, video ve veri akışlarını aynı anda işleyebilmek için şu ana kadar bu alanda elde edilen tüm yenilikleri barındıracak kadar verimli olmaları gerekir.

Tüm bu hizmetleri sunarken, cihazların bütünlüğünden ödün vermemesi gerekir. Sorumlu bir şekilde inşa edilmiş AI analizlerini kullanan gelişmiş güvenlik sistemleri sayesinde bu artık bir zorluk değildir. 

Bununla birlikte, tüm bu özellik ve fonksiyonların bir arada bulunması, cihazın çok fazla yer kaplamasına, çabuk ısınmasına veya üretim maliyetinin yüksek olmasına yol açmamalıdır. 

Gelecek nesil iletişim cihazları bu unsurları göz önünde bulundurarak evrimleşecek. Zaten bu evrimi hızlandıracak yeni teknoloji paradigmaları ortaya çıktı. Örneğin, Veri iletiminin ışık yoluyla, yüksek hızlarda ve ışık şiddetindeki küçük ayarlamalarla gerçekleştiği Görünür Işık İletişimi (VLC)/Li‑Fi gibi teknolojiler hakkında çokça konuşuluyor. 

Bu çözümler, geleneksel iletişimin bant genişliği kapasitesinin ötesine geçen çok yüksek hızlar sunar. Geleneksel modun ötesine geçtikleri için, geliştirilmiş güvenlik ve güvenilirlik standartları sağlanabilir. Araştırmacılar, bu çözümlerin askeri kullanım için mükemmel olacağını düşünüyor. 

Veri iletim donanımının yanı sıra, sensör teknolojileri alanında da büyük ilerlemeler kaydedildi. Bu teknolojiler, mevcut IoT ve otomasyon destek altyapısını güncellemeye yardımcı olacak. 

ASSIA Inc. tarafından sunulan verilere göre, Mart 2024’ün başından bu yana PC/telefon yükleme trafiğindeki artış yalnızca ABD’de %80’e kadar çıkabilir. Dünya, COVID‑19 pandemisinden önceki halinden çok daha sanal bir hâle geldi. Web kameraları, PC’ler ve dizüstü bilgisayarlar sürekli video akışı sağlıyor. Sağlık hizmetleri, eğitim ve diğer acil hizmetlerin sunumu da çok daha sanal hale geldi. Bu durumların üstesinden gelmek, çok daha alan‑optimizasyonlu ve verimli cihazlar gerektirecek. Ayrıca bu cihazların 5G’ye hazır olması gerekir. 

Organizasyonlar ve şirketler, bir sonraki nesil iletişimi daha verimli ve maliyet etkin hâle getirmek için kaynak ve araştırma yatırımlarını sürdürmelidir. 

Gelişmiş fotoniklerin daha iyi bir akıllı telefon inşa etmeye nasıl yardımcı olabileceğini öğrenmek için buraya tıklayın.