Le applicazioni PE emergenti accelerano verso l’adozione

L’elettronica stampata/flessibile è stata a lungo propagandata come la tecnologia che renderà l’elettronica onnipresente. Le applicazioni promesse includono sensori wireless negli imballaggi, cerotti cutanei che comunicano con Internet ed edifici che rilevano perdite per consentire la manutenzione preventiva. Tuttavia, fino a poco tempo tali applicazioni sono rimaste in gran parte nelle fasi di prototipazione e sviluppo.

Tuttavia, il 2021 è stato un anno entusiasmante per l’elettronica stampata, con molteplici applicazioni che hanno raggiunto l’adozione commerciale e un flusso di fondi significativi nel settore. Anche laddove le tecnologie non sono ancora commercializzate, le aziende passano sempre più dallo sviluppo della propria tecnologia e dalla produzione di prototipi dimostrativi speculativi a progetti di sviluppo e qualificazione per clienti specifici.

Gli inchiostri conduttivi Metalon sfruttano materiali e formulazioni avanzati per fornire opzioni di conduttività per la produzione additiva di elettronica stampata come dispositivi fotovoltaici, RFID, smart card/etichette, display e imballaggi avanzati. Fonte: NOVA CENTRIX

Sanità/benessere: utilizzo della flessibilità

La commercializzazione di successo dell’elettronica stampata/flessibile richiede l’identificazione di applicazioni in cui le differenze rispetto all’elettronica convenzionale aggiungono un valore significativo. I cerotti cutanei elettronici ne sono un ottimo esempio, con dispositivi flessibili a film sottile che migliorano il comfort del paziente consentendo il monitoraggio continuo dei parametri biometrici.

L’interesse per i cerotti elettronici per la pelle è davvero accelerato nel 2021, con portafogli di materiali dedicati sviluppati da importanti attori come Dupont e Henkel e i cerotti utilizzati negli ospedali. Questa diffusione della trazione è parzialmente attribuita al COVID-19 poiché sia i pazienti che gli operatori sanitari sono ora molto più a loro agio con le consultazioni a distanza che richiedono il monitoraggio domiciliare. Inoltre, molti sistemi sanitari stanno lottando con un arretrato di pazienti dopo la cancellazione di operazioni/screening, creando un’ulteriore spinta all’adozione di nuove tecnologie che possono migliorare l’efficienza, ad esempio facilitando la dimissione anticipata dall’ospedale.

Automotive: accompagnare la transizione ai veicoli elettrici

Mentre le transizioni verso l’elettrificazione e l’autonomia automobilistiche attirano molta attenzione, sono accompagnate dall’adozione di altre tecnologie che in una certa misura cadono sotto il radar. La crescente adozione dell’elettronica stampata ne è un esempio, con applicazioni sia all’interno che all’esterno.

Gli interni sono obiettivi particolarmente promettenti per l’innovazione che aggiunge valore all’esperienza degli occupanti poiché è più difficile per i produttori differenziare i veicoli elettrici in base al gruppo propulsore. In quanto tale, ci sono ampie opportunità per l’elettronica stampata/flessibile per aggiungere funzionalità aggiuntive alla cabina di pilotaggio, facilitando al contempo una produzione efficiente. Gli esempi includono l’aggiunta di display sempre più performanti e superfici di controllo capacitive. Infatti, nei modelli Volkswagen lanciati nel 2021 sono stati commercializzati sensori tattili capacitivi retroilluminati composti da film in rete metallica stampata trasparente intarsiata e parti termoformate, sviluppati da PolyIC.

C’è anche un crescente interesse per i riscaldatori per applicazioni automobilistiche poiché i veicoli elettrici generano molto meno calore residuo. Sebbene l’elettronica stampata sia già utilizzata per alcuni riscaldatori dei sedili, l’implementazione di riscaldatori realizzati con inchiostri conduttivi a coefficiente di temperatura resistivo o positivo nelle superfici migliorerebbe l’efficienza di riscaldamento e quindi estenderebbe leggermente la gamma EV. Sono in fase di sviluppo e sperimentazione anche riscaldatori trasparenti, che possono essere realizzati con rete metallica, nanotubi di carbonio (CNTS) o nanofili d’argento, con applicazioni target iniziali come fari e coperture dei sensori.

Imballaggio intelligente: le innovazioni tecniche aumentano la fattibilità

Il packaging intelligente ha ricevuto una spinta significativa verso un’adozione diffusa nel 2021, con due attori emergenti che hanno raccolto $ 10 milioni in finanziamenti per aumentare la produzione ed estendere le loro capacità tecniche.

Definito come l’integrazione di funzionalità elettroniche come antenne e sensori nell’imballaggio per tracciarne i progressi e le condizioni attraverso la catena di approvvigionamento e all’interno della casa, l’imballaggio intelligente è stato a lungo pubblicizzato come un’applicazione promettente per l’elettronica stampata/flessibile. Questo perché, a differenza dell’elettronica rigida convenzionale, l’elettronica stampata/flessibile è teoricamente compatibile con la produzione roll-to-roll (R2R) ad altissima produttività per consentire i costi di produzione molto bassi richiesti.

Tuttavia, nonostante la diffusa adozione di tag RFID, l’imballaggio intelligente con rilevamento integrato è rimasto finora limitato ad applicazioni di nicchia. Ciò è dovuto principalmente al fatto che gli obiettivi di costo per la maggior parte delle applicazioni di imballaggio intelligente sono estremamente impegnativi, soprattutto perché è necessario incorporare una fonte di alimentazione o una capacità di raccolta di energia, uno o più sensori, circuiti integrati di elaborazione e un’antenna. Inoltre, il packaging intelligente in genere aggiunge valore solo quando facilita una soluzione integrata insieme al software. Ciò di solito richiede l’ingresso in un mercato su larga scala e l’adozione simultanea da parte di più attori della catena di approvvigionamento.

Livello di prontezza commerciale delle applicazioni elettroniche stampate. Fonte: IDTechEx

Nel tentativo di ridurre il costo dell’hardware per l’imballaggio intelligente, aprendo così la tecnologia ad applicazioni di volume più elevato, sono in fase di sviluppo tecnologie hardware innovative. PragmatIC, un’azienda con sede nel Regno Unito che produce circuiti integrati di ossido di metallo nativamente flessibili, ha raccolto $ 80 milioni in finanziamenti di serie C nell’ottobre 2021. La proposta di valore chiave dei circuiti integrati di Pragmatic è il loro basso costo, potenzialmente inferiore a 1 centesimo di dollaro ciascuno. Sebbene l’RFID sia l’applicazione iniziale, sono in fase di sviluppo anche circuiti integrati leggermente più complessi per applicazioni di rilevamento.

Un’altra innovazione promettente per il packaging intelligente sono i sensori che raccolgono energia dalle radiazioni elettromagnetiche ambientali. Sviluppati dalla Wiliot con sede negli Stati Uniti, che ha raccolto $ 200 milioni in un round di finanziamento della Serie C, questi sensori wireless senza batteria comunicano tramite Bluetooth. Il rilevamento basato sugli eventi viene utilizzato per comunicare solo quando la posizione del sensore cambia e quindi ridurre il consumo di energia. I circuiti integrati di PragmatIC e Wiliot saranno montati su substrati flessibili, con antenne spesso prodotte con inchiostri conduttivi: questa metodologia di produzione emergente che combina componenti di stampa e montaggio è denominata “Flexible Hybrid Electronics (FHE)”.

Con questo investimento in entrata che facilita la crescita nelle tecnologie che risolvono alcuni punti deboli di vecchia data, il 2021 potrebbe rivelarsi l’anno che darà il via all’adozione di imballaggi intelligenti.

Edifici intelligenti e IoT: combinazione di rilevamento e raccolta di energia

I dispositivi IoT, qui definiti come una rete di sensori connessi in modalità wireless per applicazioni sia domestiche che industriali, offrono vantaggi come la manutenzione predittiva e il monitoraggio delle condizioni. Rappresentano una grande opportunità per l’elettronica stampata/flessibile poiché devono essere convenienti e avere un fattore di forma compatto per adattarsi a edifici, apparecchiature industriali, ecc.

Nonostante la chiara proposta di valore, alimentare i dispositivi IoT rimane una sfida poiché la sostituzione delle batterie è sia dispendiosa che costosa quando è incluso il tempo di manutenzione. Un candidato emergente per risolvere questo problema è il fotovoltaico organico (OPV). Mentre l’adozione su larga scala del fotovoltaico organico si è precedentemente dimostrata impegnativa, la tecnologia di raccolta dell’energia è estremamente adatta per la raccolta di energia in ambienti interni poiché è più efficiente del fotovoltaico al silicio in condizioni di radiazione diffusa a bassa intensità. I film sono anche economici da produrre tramite l’elaborazione in soluzione, mentre il loro fattore di forma flessibile e sottile migliora la durata e le possibilità di integrazione.

Le celle OPV per interni per dispositivi IoT a bassa potenza sono state sviluppate da aziende come Epishine, Dracula Technologies e Ribes Tech. Questa tecnologia ha guadagnato terreno nel 2021, con le celle OPV di Epishine installate in prodotti di gestione delle strutture disponibili in commercio.

Altre applicazioni dell’elettronica stampata/flessibile per l’elettronica stampata negli edifici intelligenti sfruttano la capacità di produrre dispositivi di grandi aree relativamente semplici a un prezzo accessibile. Le applicazioni includono il riscaldamento e il rilevamento delle perdite, integrati nei materiali da costruzione o adattati. Nel 2021, la società britannica in fase iniziale Bare Conductive ha lanciato Laiier, mirando a queste applicazioni: il rilevamento delle perdite a basso costo si sta dimostrando particolarmente interessante per il settore assicurativo, con molteplici progetti in fase di sviluppo.

L’anno a venire

Si prevede che questa commercializzazione di elettronica stampata/flessibile continuerà nel 2022 in tutte le tecnologie e applicazioni sopra descritte, con sensori tattili capacitivi realizzati con rete metallica stampata, celle OPV per la raccolta di energia interna e cerotti elettronici sempre più flessibili che stanno guadagnando terreno.
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https://www.idtechex.com/en/research-report/electronic-skin-patches-2021-2031/821