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コンピュータをより強力にするために、より多くのトランジスタがチップに挿入されます。これは、チップを大きくして消費量を増やすか、トランジスタのサイズとトランジスタ間のスペースを縮小することによって実現できます。これには、トランジスタを互いに干渉せずに非常に近接して配置するなどの技術の進歩や、トランジスタをシリコンウェーハ上に「描く」方法が必要です。現在、このための最も先進的なシステムはEUVであり、紫外線を使用してそれらを記録します。

コンピュータ プロセッサの場合、消費量は過去 20 年間比較的安定しており、ハイエンドの消費者向け製品では最大 100 ワット程度のチップが使用されています。携帯電話では、トランジスタのサイズの縮小による電力の向上により、同じタスクを実行するために必要なリソースが少なくなりました。たとえば、メッセージング アプリを開くと、Galaxy S2 では CPU が 100% になりますが、S10 では非常に低いリソース消費で実行できます。

過去 30 年間でバッテリーは改良されましたが、まだ十分ではありません

これにより、バッテリーから最も多くのエネルギーを消費する部品である画面の消費が部分的に補われました。 Nokia 3310 のバッテリー寿命は数週間でしたが、現在の携帯電話は基本的に小型コンピューターであるため、かなりの充電が必要です。 3310 のバッテリー技術は現在の S10 と同じです。

しかし、プロセッサーのムーアの法則は、現在のバッテリーエネルギー貯蔵技術でできることを超えています。たとえば、バッテリーに蓄えられるエネルギー密度は近年 3 倍になっています。当初、リチウム電池の貯蔵量は 200 Wh/l でしたが、2017 年の最新の数値によると、現在は700 Wh/lに達しています。

グラフからわかるように、バッテリーの密度は大幅に増加しています。しかし、テクノロジーの限界がすでに限界に達しているため、ここ 10 年間でこの密度の増加は鈍化しました。これはハードドライブで起こっていることと似ています。読み取りと書き込みの速度に影響を与えずに密度を高めるために、新しいテクノロジーをすでに使用する必要があります。

したがって、プロセッサーはバッテリーよりも速く進歩しており、より多くのエネルギーを必要とします。 1990 年当時、プロセッサーには 100 万個のトランジスタがあり、その製造サイズは今日では 7 nm でしたが、600 nm でした。 AMD Ryzen 5 1600 には 48 億個のトランジスタがあり、EPYC プロセッサは 200 億個に達します。 Apple の 7nm Apple A12x Bionicには100 億個のトランジスタが搭載されています。

しかし、約 5 年前、部品メーカーは、携帯電話のマザーボードからこれ以上の要素を削除したり、小型化したりすることはできないことに気づきました。そのため、モバイル バッテリーの密度の増加は、すでにバッテリーの革新または使用される材料の変更によって実現する必要があり、現在、そのために多くの研究が行われています。全固体電池は、 90 年代から使用されてきたリチウム電池やコバルト電池に代わる有力な候補です。特に車の場合は。

したがって、MIT の研究者グループは、混合イオン電子伝導体 (MIEC)とリチウム電子イオン絶縁体 (ELI)として知られる固体材料の組み合わせを使用して、この問題の解決策を開発しました。彼らは、MIEC で作られた一連のナノメートル チューブを備えた六角形のハニカムの形状の 3 次元構造を作成しました。

これらのチューブは電池のアノードを形成する固体リチウム金属でできており、内部が中空であるため、充電と放電のたびにリチウム金属が膨張および収縮する余地があります。このおかげで、材料は固体ですが、液体のように動く余地を残すことで固体構造を維持します。

このプロセス全体は六角形の構造で行われ、ELI がチューブの壁を保護し、リチウム イオンと固体電解質の間のバインダーとして機能します。その結果、バッテリーの充電中、リチウム金属の寸法変化は構造内に収まり、外部寸法は変化しません。

このおかげで、バッテリーのアノードはすべての充電および放電プロセス中に化学的および機械的に安定しており、リチウムが固体電解質との接触を失うことはありません。他の固体電解質電池では接続リンクとして機能するために何らかの液体またはゲル電解質が必要であったため、このようなことが達成されたのはこれが初めてである。したがって、これは最初の真の固体電池です。

これを使用すると、数日間使用できるモバイルを作成できます

科学者らがバッテリーを使って実施したテストでは、100回の充放電サイクルを行ったが、破損や磨耗は見られず、バッテリーの耐用年数が延びた。この設計により、現在と同じエネルギーを蓄えることができるが、サイズが 4 分の 1 である陽極も実現できます。最終的なバッテリーは、同じサイズの現在のバッテリーよりも50% 多くの充電が可能で、はるかに安定しており、携帯電話は最大 3 日間持続すると主張されています。

さらに、必要な材料は現在すでに使用されており、設計の大部分は非常に安価ですでに多くの電池に使用されているマンガンの使用で構成されているため、製造は比較的簡単で非常に安価であると主張しています。実際、リチウムやニッケルよりも安価であるため、正極のコストは最大 5 分の 1 に抑えられる可能性があります。

しかし、この新しいオリンピック大会では、何人かのアスリートがパフォーマンスを向上させるために開発されたテクノロジーを使用しているため、事態はさらに進んでいます。具体的には、これはHalo Sportと名付けられ、北米の会社 Halo Neuroscience によって開発されたヘッドフォンの形のテクノロジーです。

この技術は「経頭蓋直流刺激」と呼ばれる技術を使用しており、アスリートの脳の特定領域に1.5～2ミリアンペアの微電流を流して、その領域のニューロンを活性化し、脳を過形成状態に導くことからなる。これにより、アスリートは学習に適応しやすくなります。そのため、主に事前準備中に使用され、競技当日のためのデバイスではありません。

このテクノロジーは、リオ 2016 オリンピック競技大会に参加するために数人のアメリカ人アスリートによって使用されており、その目的にもかかわらず、現時点では世界反ドーピング機関によって禁止されていないため、より良い結果が実証され、WADA によって承認され続ければ、エリートアスリートの間でますます普及する可能性があります。

もう 1 つの際立った側面は、驚くほど安定したものを作ることができたことです。最初、彼らは自分たちを安定させることができるかどうか疑問に思いました。磁気データを保存するには、その極性 (北または南) を知る必要があります。原子の場合、非常に敏感であるため、原子がどの方向を向いているかがわかりません。研究者たちは、原子を回転させないようにすることに成功するまでに何年もかかりました。重要なのは、-233 °C の非常に低い温度に保つことです。

現在の技術革新により、情報を室温で保存できるようになりました。

今回、Radboud は、半導体黒リン基板を使用してコバルト原子に情報を保存する新しい方法を実現し、原子の安定性を保証しました。それらを操作するために、彼らは原子レベルで写真を撮ることができる走査型トンネル顕微鏡を使用し、鋭い金属の先端が原子をわずか数個離れたところに移動させることで、原子を二値状態で操作できるようにした。

原子の磁性は、原子の周りの電子が常に回転しているという事実によるものです。このスピンは角運動量として知られており、彼らはこれを原子メモリに使用し、室温で原子を扱えるようにするための鍵となる可能性があります。最初は何が起こっているのか分かりませんでしたが、最終的には自分たちが軌道上の瞬間を観察していて、新しい記憶を作り出していたことに気づきました。

結局のところ、必要なのは、 0 と 1 の間で状態を制御できる角運動量を持つ磁石だけです。研究者らは、現在のハードディスクと同じスペースに数千TBを搭載できるハードドライブを開発できるようになるまでには、まだ長い道のりがあると述べている。