지난 50년 동안 컴퓨터 산업이 이룩한 엄청난 기술 비약을 자랑하는 산업은 거의 없습니다 . 1940년대 트랜지스터 의 발명 이후 컴퓨터는 여러 방을 차지하는 거대한 기계에서 초당 수억 번의 연산을 수행할 수 있는 페이퍼백 책 크기의 휴대용 장치로 축소되었습니다. 지난 반세기 동안 컴퓨터 제조는 큰 발전을 이루었지만 제조 프로세스는 여전히 소수의 회사에 국한되어 있습니다.
컴퓨터 제조는 비용과 시간이 많이 소요되는 작업입니다. 마이크로 프로세서 제조 공장은 $ 20 억 비용과 하나의 실리콘 기반의 마이크로 프로세서를 생산하는 두 개의 전체 주 정도 소요됩니다. 자신의 컴퓨터 칩을 만들 자원이 있는 컴퓨터 애호가는 거의 없습니다. 그러나 연구자들은 누구나 자신의 마이크로프로세서 제작자가 될 수 있는 방법을 개발하고 있습니다. 사용자는 인터넷에서 마이크로칩 디자인을 다운로드하고 잉크젯 프린터 와 유사한 데스크탑 제작 기계 에서 작동하는 잉크 기반 플라스틱 프로세서를 인쇄하기만 하면 됩니다.
컴퓨팅의 다음 단계는 사용자를 자신의 컴퓨터 구성 요소를 만들고 만드는 사람으로 만들 것입니다. How Stuff Will Work 의 이번 판에서는 데스크탑 제작자가 컴퓨터 구성 요소를 인쇄할 수 있도록 하는 방법을 배웁니다. 또한 이 기사에서는 잉크젯 프린터를 사용하여 트랜지스터, 액추에이터 및 선형 구동 모터 를 만드는 데 이미 성공한 몇 가지 프로젝트에 대해서도 설명합니다 .
데스크탑 제작
차세대 컴퓨터가 거의 보이지 않을 것이라고 주장하는 사람은 거의 없습니다. 즉, 일상적인 물건과 섞일 것입니다. 유연한 잉크와 같은 회로는 플라스틱에 인쇄되거나 옷 과 같은 다양한 기타 기질에 분사됩니다 . 이 인쇄 가능한 컴퓨터 혁명을 주도한 과학자 중 한 사람은 MIT Media Lab의 Nano Media Group의 Joseph Jacobson 입니다 . Jacobson은 그의 그룹이 2001년 말이나 2002년 초에 간단한 인쇄된 마이크로프로세서를 생산할 수 있을 것이라고 말했습니다. 그는 또한 결국 Intel Pentium 프로세서에 필적할 수 있는 인쇄된 칩을 생산할 수 있을 것으로 내다보고 있습니다.
Jacobson의 그룹은 이미 일반 Hitachi 잉크젯 프린터를 사용하여 인쇄 가능한 컴퓨터의 여러 구성 요소를 만드는 데 성공했습니다 . 연구원들은 액체에 나노 크기의 반도체 입자를 현탁시켜 만든 나노 입자 기반 잉크를 사용 하여 구성 요소를 플라스틱 기판에 분사합니다. 다음은 MIT 그룹이 이 프로세스로 만든 인쇄된 구성 요소 중 일부입니다.
- 열 작동기 -- 작동기는 장치를 켜고, 끄거나, 조정하거나, 움직이게 하는 센서입니다. 열 작동기에서 열은 구성 요소의 팽창을 유발하여 움직임을 생성하는 데 사용됩니다.
- 선형 구동 모터 -- 이 유형의 모터는 코일 루프 주위를 도는 자석이 있어 모터를 회전시키는 일반 전기 모터와 유사합니다. 그러나 한 가지 중요한 차이점이 있습니다. 선형 구동 모터를 코일을 가로질러 앞뒤로 움직이는 평평한 자석을 포함하는 평평한 전기 모터로 생각하십시오. 어떤 의미에서 리니어 드라이브 모터의 자석은 피스톤과 같은 역할을 합니다.
- MEMS( Microelectromechanical Systems ) -- MEMS는 나노기술의 선구자 또는 다리 역할을 하고 있습니다. 이 마이크로머신은 맥박 조정기, 게임, 에어백 가속도계 등 다양한 기기에 사용됩니다. 감지, 통신 및 작동을 포함한 다양한 기능을 수행합니다. 미래에는 MEMS가 자기 복제 능력을 가질 것으로 기대된다.
Media Lab은 또한 다른 프로세스를 사용하여 트랜지스터를 만들었습니다. 이를 위해 폴리머 스탬프가 트랜지스터 아키텍처와 함께 사용됩니다. 그런 다음 스탬프를 나노입자 잉크에 담그고 손으로 기판에 전사합니다. 다음 단계는 잉크젯 프린터나 다른 종류의 데스크탑 제작기를 사용하여 인쇄 가능한 트랜지스터를 만드는 것입니다.
MIT는 컴퓨터 회로를 인쇄하는 방법을 개발하는 유일한 그룹이 아닙니다. 영국 케임브리지 대학 에서 시작된 업무에서 나온 플라스틱 로직(Plastic Logic ) 은 최초의 플라스틱 칩을 시장에 내놓을 계획이다. 이 회사는 폴리머 기판에 플라스틱을 인쇄하여 저렴하고 유연한 플라스틱 트랜지스터를 만드는 방법을 개발하고 특허를 받았습니다. 이 프로세스는 MIT에서 사용하는 잉크젯 프로세스와 유사하지만 Plastic Logic은 탄소 기반 화학 물질을 추가하여 플라스틱의 특성을 변경합니다. 필름 롤에 칩을 인쇄하여 다양한 표면에 적용할 수 있습니다.
Lucent Technologies의 연구 회사인 Bell Labs Innovations 의 연구원들은 1997년에 세계 최초의 인쇄 트랜지스터를 개발했습니다. 오버헤드 프로젝터 투명 필름과 유사한 플라스틱 시트를 사용하여 액체 플라스틱 반도체를 스퀴지가 있는 스테인리스 스틸 메쉬 위에 도포하여 여러 층을 형성합니다. 트랜지스터의. 혼합물의 용매가 증발한 후 플라스틱이 남습니다. 이 과정은 실크 스크리닝이 작동하는 방식 과 매우 유사 합니다 . Lucent는 인쇄 가능한 디스플레이를 만들기 위해 MIT의 자손인 E Ink 와 협력했습니다 . 자세한 내용은 전자 잉크의 작동 방식 을 참조하십시오.
머지 않아 과학자들은 데스크톱 제작기를 사용하여 컴퓨터 하드웨어의 거의 모든 부분을 만들 수 있게 될 것입니다. 플라스틱은 많은 목적에서 실리콘을 대신할 것이지만 적어도 10~20년 동안 실리콘을 귀중한 컴퓨터 구성 요소로 평가하지 않을 것입니다. 다음 섹션에서는 플라스틱이 실리콘에 비해 어떻게 쌓이고 실리콘이 몇 년 동안 계속 남아 있을 것으로 기대할 수 있는지 알아보겠습니다.
플라스틱 대 규소
플라스틱은 반도체 산업에 혁명을 일으킬 수 있지만 하룻밤 사이에 일어난 혁명은 아닙니다. 인쇄 가능한 컴퓨터의 정교함은 여전히 매우 간단합니다. 현재 플라스틱 제조 장치는 25마이크로미터 규모(마이크로미터는 100만분의 1미터)에서만 트랜지스터를 생산할 수 있습니다. 그것은 작동하는 마이크로프로세서를 만드는 데 필요한 0.2마이크로미터 해상도와는 거리가 멀다. Intel은 하나의 실리콘 칩에 불과 몇 백 나노미터에 불과한 약 천만 개의 트랜지스터를 집적할 수 있습니다. 나노 미터는 10 억분의 1 미터입니다.
대부분의 연구자들은 인쇄 가능한 컴퓨터 구성 요소가 실리콘을 대체하도록 설계되지 않았다고 말할 것입니다. 처음에는 일상적인 물건에 지능을 제공하는 데 사용되는 이러한 인쇄 가능한 장치를 보게 될 것입니다. 의류, 식품 라벨 및 장난감에 통합됩니다. 인쇄 가능한 전자 제품의 가장 흥미로운 응용 프로그램 중 하나는 텔레비전 화면이나 컴퓨터 모니터로 사용할 수 있는 벽지를 만드는 것입니다. MIT는 또한 디지털 카메라를 명함으로 만들 계획입니다.
플라스틱은 실리콘보다 몇 가지 이점을 제공합니다. 실리콘은 단단하지만 플라스틱 칩은 유연하여 다양한 기판에 배치할 수 있습니다. 문제는 플라스틱 펜티엄을 만들겠다는 큰 희망에도 불구하고 인쇄된 무기 트랜지스터는 여전히 실리콘 칩에서 볼 수 있는 기존 트랜지스터보다 약 100배 느리다는 것입니다.
기본적으로 인쇄 가능한 컴퓨터는 더 저렴하고 유연한 구성 요소를 생산하기 위해 컴퓨터 칩 제조와 기존 인쇄 기술의 병합을 나타냅니다. 개발에 많은 장애물이 남아 있지만 일회용 휴대폰 및 컴퓨터화된 의류와 같은 초기 제품은 시장에 진입할 준비가 되어 있습니다 . 다음 10년은 우리 자신의 전자 장치와 정교한 컴퓨터를 인쇄할 수 있는 능력을 가져다 줄 것입니다.
