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Su trabajo puede haber surgido de la mente de los escritores de ciencia ficción Octavia Butler o Isaac Asimov, pero todo lo que se hace en los institutos de I+D centrados en la ingeniería electrónica es real.
Las pocas empresas innovadoras de investigación y desarrollo encuestadas por EE Times este otoño condensan el lapso de dos años de la Ley de Moore en seis meses: son ellas Aeronaves ligeras mediante la sustitución de redes eléctricas por fotónicas; imprimir productos electrónicos en las alas de los drones; recopilación de datos para determinar la vida útil restante en placas de circuito impreso; y capacitación de ensambladores robóticos para dispositivos electro-ópticos.
«Estamos tratando de mejorar el estado de la fabricación fotónica integrada en los Estados Unidos», dijo Nicholas Fahrenkopf., jefe de tecnología fotónica en AIM Photonics. «Y la mejor manera de hacerlo es unir el ‘valle de la muerte’ entre la I+D que obtiene de los investigadores académicos y la fabricación en masa”.
A nivel nacional, AIM es parte de una red de institutos de fabricación de EE. UU. creada por la administración de Obama para hacer avanzar la industria estadounidense. Los institutos de fabricación incluyen el instituto ARM para robótica, NextFlex para electrónica híbrida flexible (FHE) y el instituto REMADE, que no solo tiene la tarea de mantener todo lo que los otros institutos hacen fuera de los vertederos, sino también de promover una economía circular.
En todo el mundo, Imec (Centro Interuniversitario de Microelectrónica) es el mapeador para la hoja de ruta de escalado de semiconductores. Imec también aplica su experiencia en tecnología avanzada de semiconductores para abordar los principales desafíos en el clima, la atención médica, la movilidad, la energía, los alimentos y otras áreas.
«La demanda de poder de cómputo se está disparando debido al rápido crecimiento de las aplicaciones digitales y la computación», dijo Katrien Marent, vicepresidenta ejecutiva y directora de marketing y comunicaciones de Imec. “Con el uso cada vez mayor de la inteligencia artificial para enfrentar los grandes desafíos de nuestro tiempo, como el cambio climático o la escasez de alimentos, se espera que la necesidad de computadoras se duplique cada seis meses a partir de ahora. Para poder manejar de manera sostenible las cantidades de datos que crecen exponencialmente, necesitamos una tecnología mejorada de semiconductores de alto rendimiento”.
Marent y sus colegas usaron sus herramientas de mapeo para proponer una extensión de hoja de ruta para su puente hacia la fabricación, descartando el nanómetro por el llamado Angstrom Años. Las vistas a lo largo del camino incluyen Litografía ultravioleta extrema (EUV) de alta apertura numérica (NA).nuevas arquitecturas de transistores, integración de sistema en chip (SoC) 3D y un nuevo programa de cooptimización de tecnología de sistema y esfuerzos de investigación de sostenibilidad.
La fabricación aditiva entra en juego para institutos de I+D
Además de I+D, los institutos de Manufacturing USA fomentan un ecosistema nacional para su nicho particular con miembros y financiamiento tanto público como privado, y desarrollan talento local para hacer el trabajo.
En términos de talento, Fahrenkopf podía imaginar a los técnicos electrónicos dando el salto a la fotónica.
«Hay muchas habilidades de ingeniería electrónica que son fácilmente transferibles a la fotónica», dijo. “Usamos el mismo software cuando diseñamos chips, usamos mucho del mismo software cuando hacemos simulaciones. La curva de aprendizaje no es tan empinada”.
Hay una diferencia fundamental: los ingenieros electrónicos se enfocan en hacer las cosas más pequeñas para agregar más transistores, y dijo: «Es un paradigma completamente diferente en la fotónica: no puedes simplemente hacer una guía de ondas de la mitad del tamaño». Así no es como funciona la luz, no es como se propaga. Así que tienes que acomodar más funcionalidad de manera diferente”.
En NextFlex, donde se imprime en 3D una placa de circuito completa, una tecnología de fabricación aditiva (AM), la funcionalidad se rellena de manera diferente.
«Creemos que podemos cambiar drásticamente la faz de la fabricación de PCB en los Estados Unidos», dijo Malcolm Thompson, director ejecutivo de NextFlex. “Si observa la tecnología anterior, reemplazamos seis pasos con uno e, inevitablemente, a un costo menor. Resulta que hay muchos menos residuos porque no añadimos ningún material ni generamos aguas residuales. Por lo tanto, es respetuoso con el medio ambiente y tiene un tiempo de comercialización más rápido”.
Además de imprimir circuitos en alas de aviones y drones, NextFlex y sus miembros han fabricado o están trabajando en sustratos flexibles. Electrónica AM. Estos se aplican a empaques avanzados, electrónica estructural en y sobre superficies 3D y FHE en aplicaciones principales como diagnósticos médicos, dispositivos portátiles, monitoreo de activos, aeroespacial y defensa.
Los robots obtienen nuevos roles
En el Instituto ARM (Robótica avanzada para la fabricación), gran parte del trabajo gira en torno a la mejora de los robots con IA para que puedan realizar más tareas de fabricación, como B. el montaje de electro-óptica. Para mitigar la adopción de la robótica para roles nuevos y antiguos, el instituto, como parte de Southwestern Pennsylvania New Economy Collaborative, recibió una subvención Build Back Better Regional Challenge para establecer un centro de mitigación de riesgos para mitigar la adopción de la robótica.
«LLas grandes empresas tienen el espacio y las instalaciones para mitigar el riesgo”, dijo Arnie Kravitz, director de innovación de ARM. “Una pequeña o mediana empresa que realmente no puede costear su propio centro de mitigación de riesgos puede venir al Instituto ARM con un proyecto robótico que quiere llevar a la planta de producción, configurarlo, ejecutarlo, obtener asesoramiento, obtener retroalimentación , mejorarlo y completar la transición a la fase de fabricación”.
Mientras todo esto sucede, ARM también recopila datos que luego se pueden usar con IA y aprendizaje automático para capacitar a los trabajadores en el uso de la información para mejorar la fabricación.
Inicialmente, el centro de mitigación de riesgos estará disponible para las fábricas en una región de 11 condados del suroeste de Pensilvania donde se encuentra el Instituto ARM. Sin embargo, Kravitz señaló: «Si el modelo funciona bien, se extenderá», dijo.
REMADE aborda la vida útil de la electrónica
Mientras que a ARM le gustaría que los robots hicieran el trabajo de ensamblaje en una fábrica, REMADE los ve como una herramienta para dis-Montaje de baterías de vehículos eléctricos e inspección de circuitos impresos usados. REMADE significa «Correctoelevar ellosenergía física aDakota del Norte es decirdecrecientemimisiones.”
«Cuando [circuit boards] necesitan ser inspeccionados para ver qué les pasa, para ver si pueden ser remanufacturados o reparados para volver a estar en servicio”, dijo Mike Thurston, líder del nodo de remanufactura de REMADE. “Algunos de sus defectos son demasiado difíciles de detectar. Utilizamos sistemas basados en visión artificial e IA para evaluar el estado de una placa de circuito impreso y decidir si es un buen candidato para la refabricación”.
REMADE también está tratando de reducir las horas que actualmente lleva probar los módulos de batería a minutos para ver si se pueden reutilizar, reciclar o remanufacturar.
«El tiempo que lleva probar los módulos para determinar si son aptos para su reutilización hoy en día es bastante largo», dijo, y señaló que una empresa miembro «está tratando de reducir ese tiempo para que se prueben de manera más eficiente según la economía en torno al puede hacer el proceso de reutilización”.
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