プリンタブル コンピュータはどのように機能するか

過去 50 年間にコンピューター産業がもたらしたテクノロジーの大きな進歩を誇る産業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有する巨大なマシンから、1 秒間に数億回の演算を実行できるペーパーバック本サイズのポータブル デバイスへと縮小しました。コンピューターの製造は過去半世紀で大きな進歩を遂げましたが、製造プロセスは依然として少数の企業に限定されています。

コンピューターの製造は、コストと時間がかかる作業です。マイクロプロセッサ製造工場の費用は 20 億ドルで、シリコンベースのマイクロプロセッサを 1 つ製造するには丸 2 週間かかります。コンピューター愛好家で独自のコンピューター チップを作成するリソースを持っている人はほとんどいません。しかし、研究者たちは、誰でも自分のマイクロプロセッサ製造者になれる方法を開発中です。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 プリンタに似たデスクトップ製造機で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、ユーザーは独自のコンピューター コンポーネントの作成者および構築者になります。この版の「How Stuff Will Work」では、デスクトップ ファブリケーターがコンピュータ コンポーネントをどのようにプリントアウトできるかを学びます。この記事では、インクジェット プリンタを使用してトランジスタ、アクチュエータ、およびリニアドライブ モータを作成することにすでに成功しているプロジェクトのいくつかについても説明します。

デスクトップの製造

次世代コンピューターがほとんど目に見えない、つまり日常の物体に溶け込むようになるだろうと主張する人はほとんどいません。フレキシブル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基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主導している科学者の 1 人が、 のジョセフ ジェイコブソンです。 Jacobson 氏は、彼のグループが 2001 年末か 2002 年の初めには単純なプリント マイクロプロセッサを製造できるだろうと述べています。また、最終的には Pentium プロセッサに匹敵するプリント チップを製造できるだろうと予測しています。

ジェイコブソン氏のグループは、通常のインクジェット プリンタを使用して、印刷可能なコンピュータ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。研究者らは、液体中にナノサイズの半導体粒子を懸濁し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上にスプレーします。 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。

メディア ラボでは、別のプロセスを使用してトランジスタも作成しました。そのために、ポジティブレリーフのトランジスターのアーキテクチャーを備えたポリマースタンプが使用されます。次に、スタンプをナノ粒子インクに浸し、手作業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。

MIT は、コンピューター回路を印刷する方法を開発している唯一のグループではありません。 、英国で始められた仕事から生まれた会社は、最初のプラスチックチップを販売することを計画しています。同社は、ポリマー基板上にプラスチックを印刷する方法を開発し、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た。このプロセスは、MIT が使用するインクジェット プロセスに似ていますが、Plastic Logic は炭素ベースの化学物質を追加してプラスチックの特性を変更します。チップをフィルムのロールに印刷することで、さまざまな表面に貼り付けることができます。

ルーセント テクノロジーズの研究会社 では、研究者らが 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フィルムと同様のプラスチック シートを使用し、液体プラスチック半導体をスキージでステンレス鋼メッシュ上に塗布し、トランジスタの複数の層を形成します。 。混合物の溶媒が蒸発した後、プラスチックが残ります。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 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、 「電子インクの仕組み」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に取って代わられるでしょうが、少なくとも 10 年か 20 年は、シリコンが貴重なコンピューター コンポーネントとして機能しなくなることは期待できません。次のセクションでは、プラスチックがシリコンとどのように比較されるのか、そしてなぜシリコンがさらに何年も使い続けることが期待できるのかを見ていきます。

プラスチック vs.シリコン

プラスチックは半導体産業に革命を起こすかもしれないが、それは一夜にして起こる革命ではない。プリンタブル コンピュータの機能は依然として非常にシンプルです。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 (マイクロメートルは 100 万分の 1 メートル) のトランジスタしか製造できません。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 0.2 マイクロメートルの分解能には程遠いです。インテルは、わずか数百ナノメートルの大きさのトランジスタを 1 つのシリコンチップ上に約 1,000 万個詰め込むことができます。ナノメートルは 10 億分の 1 メートルです。

ほとんどの研究者は、印刷可能なコンピューター コンポーネントはシリコンに代わるように設計されていないと言うでしょう。最初に、これらの印刷可能なデバイスが日常の物体に知性を与えるために使用されることを見ていきます。それらは衣類、食品ラベル、玩具に組み込まれる予定です。プリンタブル エレクトロニクスの最もエキサイティングな用途の 1 つは、テレビ画面やコンピューター モニターとしても機能する壁紙を作成することです。 MIT は名刺にデジタルカメラを組み込むことも計画しています。

プラスチックにはシリコンに比べていくつかの利点があります。シリコンは硬いのに対し、プラスチックチップは柔軟性があるため、さまざまな基板上に配置できます。問題は、プラスチック製の Pentium の作成に大きな期待が寄せられているにもかかわらず、印刷された無機トランジスタは依然としてシリコンチップ上の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、プリンタブル コンピュータは、従来の印刷技術とコンピュータ チップ製造を融合して、より安価でより柔軟なコンポーネントを生産するものです。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化された衣類など、初期の製品が市場に投入される準備が整っています。次の 10 年には、私たち自身の電子デバイスや高度な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。

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