Non trovo la calcolatrice, ora me la stampo.

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Quando si pensa all’elettronica, ciò che colpisce di più è la costante capacità di realizzare componenti sempre più piccoli, e conseguentemente accrescere la densità di capacità di calcolo. Questo fatto, descritto dalla nota legge di Moore, ci ha abituati progressivamente ad avere a disposizione oggetti da un lato sempre più intelligenti e dall’altro sempre più minuscoli. Tuttavia da qualche tempo sta emergendo una nuova tecnologia per la realizzazione di dispositivi elettronici che punta alle ampie superfici e a substrati finora non utilizzabili.

Oggi non ci verrebbe in mente di ingoiare un dispositivo medico elettronico per effettuare un’analisi, dato che risulterebbe decisamente indigesto oltre che pericoloso. Inoltre oggi per vedere un contenuto multimediale associato alla etichetta del vino che ci piace dobbiamo ricorrere alla realtà aumentata tramite il nostro smartphone (o i nostri smart glasses, che non sono i bicchieri di vino!) che ottiene il contesto per mezzo di un QR Code (evoluzione bidimensionale del codice a barre) o a qualche altro meccanismo di riconoscimento d’immagine.

Invece grazie alla Printed Electronics (PE), l’elettronica stampata, potremo inghiottire il sensore biomedico che ci farà un’accurata analisi senza pericolo o guardare animarsi con video o colorarsi di immagini esplicative la confezione di un prodotto che vogliamo acquistare.

Sono alcune delle considerazioni emerse dalla conferenza e fiera internazionale sulla PE di Berlino a cui ho partecipato a inizio Aprile, un evento che ha richiamato oltre duemila visitatori da tutto il mondo e di cui qui vi racconto i fatti più interessanti.

Per prima cosa è importante capire come funziona il procedimento di stampa: non c’è nulla di nuovo tranne che negli inchiostri. Le tecniche sono quelle della stampa su carta tradizionale, con rotative (flexografica, rotocalcografica…) o a getto di inchiostro. Queste tecniche hanno il vantaggio di poter operare a temperatura bassa rispetto ai procedimenti per i circuiti integrati e quindi consentono di operare su supporti come carta e plastica. Altro vantaggio, nel caso della stampa con rotative, è la possibilità di produrre grandi volumi a basso costo, mentre per la tecnica a getto di inchiostro il vantaggio sta nella semplicità di personalizzazione del circuito.

Come dicevo, la parte speciale è l’inchiostro. Aziende specializzate ne producono di tutti i tipi e con varie proprietà: conduttivi, isolanti, semi-conduttivi, luminescenti, in genere impiegando materiali organici. Con questi è possibile realizzare diverse tipologie di dispositivi: piste conduttive, antenne RFID, schermi, sensori, memorie, transistori, batterie, capacitori… In pratica nel futuro sarà possibile stampare una calcolatrice su carta o plastica, completa di ogni componente, display e batteria inclusi. Ma non sarà questa probabilmente l’area di applicazione principale.

Gli oggetti smart stampabili, grazie alle caratteristiche dei substrati e degli inchiostri, hanno caratteristiche estremamente innovative: possono essere flessibili, edibili, sottili, impiantabili. Inoltre è possibile stampare parti intelligenti sul supporto plastico che può poi essere conformato a piacere: si pensi per esempio ai cruscotti delle autovetture da cui si possono rimuovere tutte le cablature e i pulsanti meccanici stampando questi componenti sulla direttamente sulla plastica. In questo modo si semplifica il processo produttivo (niente più assemblaggio), si riduce lo spazio usato e si migliora la resistenza e affidabilità delle componenti. In prospettiva la PE potrebbe essere la tecnologia per la bionica e per la realizzazione di dispositivi completamente trasparenti.

La società organizzatrice della conferenza, IDTechEx, ha calcolato che oggi il mercato della PE vale  poco meno di 500 milioni di $ (escludendo gli inchiostri conduttori che valgono oltre 2500 milioni di $) e si ripartisce tra display elettroforetici (quelli del Kindle per capirci) ed elettroluminescenti, pannelli fotovoltaici e sensori. Grandi potenzialità di mercato nel lungo periodo sono individuate nella stampa di display OLED. Nel 2023 il mercato della PE varrà quasi 5 miliardi di $ escluse le piste conduttive, che da sole conteranno circa 3 miliardi di $.

Vi presento ora tre prodotti realizzati con la PE di cui si è parlato alla conferenza e che rappresentano altrettanti esempi dirompenti. Il primo esempio è costituito da una memoria flessibile e stampata su plastica, realizzata dalla norvegese Thinfilm. La memoria conta solo 20 bit e costa quasi $1, ma è perfettamente adatta come etichetta criptata anticontraffazione per beni di lusso.

La memoria in plastica di ThinFilm
La memoria stampata su plastica di ThinFilm

La stessa azienda realizza anche etichette stampate che integrano sensore di temperatura, logica di base e memoria riscrivibile, con cui si può tracciare il corretto stoccaggio di merci deperibili durante il trasporto (es. alimenti o medicinali)  e in caso di anomalia visualizzare un messaggio che avverte che il prodotto è stato esposto a temperature non adeguate.

Sensore di temperatura in plastica di ThinFilm
Sensore di temperatura stampato su plastica di ThinFilm

ISORG è una start-up francese che in partnership con PlasticLogic, azienda anglo-tedesca leader nella produzione di schermi organici trasparenti e flessibili, ha realizzato un sensore organico di immagini in grado di rivelare immagini con una risoluzione di 96×96 pixel, visibile in questo video. Questo sensore flessibile potrà essere usato per la rilevazione di immagini su aree ampie, per la diagnostica, il bodyscan oppure come lettore per scaffali intelligenti, con range dai millimetri al metro.

Sensore di immagini stampato su plastica di ISORG
Sensore di immagini stampato su plastica di ISORG

Ynvisible è una azienda portoghese specializzata nella stampa di carta e confezioni con grafica interattiva, che impiega inchiostri elettrocromici. Il loro prodotto iconografico è il sensore a cartellino “Emotional Moisture Sensor” – venduto per €13 – che rileva l’umidità nei vasi delle piante e di conseguenza mostra visivamente con uno “smile” sorridente o no a seconda se è necessario annaffiare la pianta.

Il sensore di umidità di Ynvisible, che sorride se la pianta è stata innaffiata. Lo smile è stampato su carta con inchiostro elettrocromico.
Il sensore di umidità di Ynvisible, che sorride se la pianta è stata innaffiata. Lo smile è stampato su carta con inchiostro elettrocromico.

Come si intuisce da questi esempi, la PE è una tecnologia che potenzialmente può rendere smart oggetti di qualunque tipo, proprio perché usa materiali e substrati che oggi siamo abituati a vedere intorno a noi, ma soprattutto usa una tecnica di produzione che è già estremamente diffusa nel campo della stampa grafica. Potrebbe essere questa una delle strade per l’Internet of Everything?

 

  • Federico

    Davvero interessante, non immaginavo un tale range di applicazioni per la Printed Electronics.