コンピュータ業界が過去50年間に成し遂げた技術の大きな飛躍を誇ることができる業界はほとんどありません。1940年代にトランジスタが発明されて以来、コンピュータは、複数の部屋を占める巨大なマシンから、毎秒数億回の操作を実行できるペーパーバックの本のサイズのポータブルデバイスにまで縮小しました。コンピュータ製造は過去半世紀で大きな進歩を遂げましたが、製造プロセスはまだ少数の企業に限定されています。
コンピュータの製造は、費用と時間のかかる作業です。マイクロプロセッサの製造工場は$ 20億のコストと1つのシリコンベースのマイクロプロセッサを生産するために2つの完全な週間かかります。自分のコンピュータチップを作るためのリソースを持っているコンピュータ愛好家はほとんどいません。しかし、研究者たちは誰もが自分のマイクロプロセッサ製造者になることを可能にする方法を開発しています。ユーザーは、インターネットからマイクロチップの設計をダウンロードし、インクジェットプリンターと同様に、デスクトップ製造機で動作するインクベースのプラスチックプロセッサを印刷するだけです。
コンピューティングの次の段階では、ユーザーを独自のコンピューターコンポーネントの作成者と作成者にします。このエディションの「スタッフのしくみ」では、デスクトップファブリケーターがコンピューターコンポーネントを印刷する方法を学習します。この記事では、インクジェットプリンターを使用してトランジスター、アクチュエーター、リニアドライブモーターを作成することにすでに成功しているいくつかのプロジェクトについても説明します。
デスクトップファブリケーション
次世代のコンピューターがほとんど見えなくなる、つまり日常のオブジェクトに溶け込むと主張する人はほとんどいません。柔軟なインクのような回路は、プラスチックに印刷されるか、衣服などの他のさまざまな素材にスプレーされます。この印刷可能なコンピューター革命をリードする科学者の1人は、MITメディアラボのナノメディアグループのジョセフジェイコブソンです。ジェイコブソン氏は、彼のグループは2001年後半または2002年初頭に単純なプリントマイクロプロセッサを製造できると述べています。また、インテルPentiumプロセッサに匹敵するプリントチップを最終的に製造できると予測しています。
ジェイコブソンのグループは、通常の日立インクジェットプリンターを使用して、印刷可能なコンピューター用のいくつかのコンポーネントを作成することにすでに成功しています。研究者は、ナノサイズの半導体粒子を液体に懸濁させて作られたナノ粒子ベースのインクを使用して、コンポーネントをプラスチック基板にスプレーします。MITグループがこのプロセスで作成した印刷コンポーネントの一部を次に示します。
- サーマルアクチュエーター-アクチュエーターは、デバイスの電源をオン、オフ、調整、または移動させるセンサーです。サーマルアクチュエータでは、熱を使用してコンポーネントを膨張させ、動きを生み出します。
- リニアドライブモーター-このタイプのモーターは通常の電気モーターに似ており、コイルループの周りを回ってモーターを回転させる磁石があります。ただし、重要な違いが1つあります。リニアドライブモーターは、コイルを横切って前後に移動する平らな磁石を含む平らな電気モーターと考えてください。ある意味で、リニアドライブモーターの磁石はピストンのように機能します。
- 微小電気機械システム（MEMS）-MEMSは、ナノテクノロジーの先駆けまたは架け橋として宣伝されています。これらのマイクロマシンは、ペースメーカー、ゲーム、エアバッグの加速度計など、さまざまなデバイスで使用されています。それらは、感知、通信、作動など、さまざまな機能を実行します。将来的には、MEMSは自己複製する能力を持つことが期待されています。
メディアラボはまた、別のプロセスを使用してトランジスタを作成しました。そのために、ポリマースタンプは、ポジティブレリーフのトランジスタのアーキテクチャで使用されます。次に、スタンプをナノ粒子インクに浸し、手で基板に転写します。次のステップは、インクジェットプリンターまたは他の種類のデスクトップファブリケーターを使用して、印刷可能なトランジスタを作成することです。
コンピュータ回路を印刷する方法を開発しているグループはMITだけではありません。プラスチックロジック、で始まった作業のうち跳び会社のケンブリッジ大学のイングランドで、最初のプラスチック製のチップを販売する計画。同社は、プラスチックをポリマー基板に印刷する方法を開発して特許を取得し、安価で柔軟なプラスチックトランジスタを製造しています。このプロセスはMITで使用されているインクジェットプロセスに似ていますが、Plastic Logicは、プラスチックの特性を変更するために炭素ベースの化学物質を追加します。チップをフィルムのロールに印刷することにより、さまざまな表面に適用できます。
LucentTechnologiesの研究会社であるBellLabs Innovationsで、研究者は1997年に世界初のプリントトランジスタを開発しました。オーバーヘッドプロジェクターの透明度に似たプラスチックシートを使用して、液体プラスチック半導体をスキージ付きのステンレス鋼メッシュに塗布して多層を形成します。トランジスタの。混合物の溶媒が蒸発した後、プラスチックは残ります。このプロセスは、シルクスクリーンの仕組みと非常によく似ています。 Lucentは、MITの子孫であるE Inkと協力して、印刷可能なディスプレイを作成しました。詳細については、電子インクのしくみを参照してください。
間もなく、科学者はデスクトップファブリケーターを使用してコンピューターのハードウェアのほぼすべての部分を作成できるようになります。プラスチックは多くの目的でシリコンの代わりになりますが、少なくとも10年か2年の間、価値のあるコンピューターコンポーネントとしてシリコンを帳消しにすることは期待しないでください。次のセクションでは、プラスチックがシリコンに対してどのように積み重なるか、そしてなぜシリコンが何年も続くと予想できるのかを見ていきます。
プラスチック対 ケイ素
プラスチックは半導体業界に革命を起こすかもしれませんが、一夜にして革命を起こすことはありません。印刷可能なコンピューターの洗練度はまだ非常に単純です。現在、プラスチック製造装置は25マイクロメートルスケールでのみトランジスタを製造できます（マイクロメートルは100万分の1メートルです）。これは、動作するマイクロプロセッサを作成するために必要な.2マイクロメートルの分解能からはほど遠いものです。 Intelは、1つのシリコンチップ上にわずか数百ナノメートルの大きさの約1,000万個のトランジスタを詰め込むことができます。ナノメートルはメートルの10億分の1です。
ほとんどの研究者は、印刷可能なコンピュータコンポーネントはシリコンに取って代わるようには設計されていないと言うでしょう。最初に、日常のオブジェクトにインテリジェンスを与えるために使用されるこれらの印刷可能なデバイスを確認します。それらは、衣類、食品ラベル、おもちゃに統合されます。プリンテッドエレクトロニクスの最もエキサイティングなアプリケーションの1つは、テレビ画面またはコンピューターモニターを兼ねる壁紙を作成することです。MITはまた、名刺にデジタルカメラを組み込むことを計画しています。
プラスチックはシリコンに比べていくつかの利点があります。シリコンは剛性があり、プラスチックチップは柔軟性があるため、さまざまな基板に配置できます。問題は、プラスチックのPentiumを作成するという大きな期待にもかかわらず、印刷された無機トランジスタは、シリコンチップに見られる従来のトランジスタよりも約100倍遅いということです。
基本的に、印刷可能なコンピューターは、従来の印刷技術とコンピューターチップの製造を融合させて、より安価でより柔軟なコンポーネントを製造することを表しています。開発には多くの障害が残っていますが、使い捨て携帯電話やコンピューター化された衣類など、初期の製品は市場に参入する準備ができています。次の10年間で、私たち自身の電子機器や洗練されたコンピューターを印刷できるようになるかもしれません。
