Il grafene al servizio della banda larga di IoT e Industria 4.0

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Le potenzialità del grafene, grazie ai bassi consumi energetici, spingono la possibilità di andare oltre le esigenze delle applicazioni IoT e Industria 4.0. Graphene Flagship finisce su Nature Review Materials

Graphene Flagship è tra le più grandi iniziative di ricerca della Commissione Europea. I suoi ricercatori hanno dimostrato che i dispositivi fotonici integrati basati su grafene offrono una soluzione unica per le comunicazioni ottiche di nuova generazione.

La partnership di studio  che comprende aziende e centri di ricerca in cinque diversi paesi europei, tra cui ll’Italia, ha prodotto la visione definitiva per il futuro dell’integrazione del grafene nella fotonica. Il team coinvolge ricercatori di CNIT, Ericsson Italia, IMEC, Nokia, Nokia-Bell Labs, AMO, ICFO e dell’Università di Cambridge. Queste collaborazioni rappresentano proprio il fulcro della Graphene Flagship, istituito dalla Commissione europea per supportare la commercializzazione del grafene e dei materiali correlati fino al 2023. In pratica Graphene Flagship è una sorta di ecosistema unico nel quale i partner provenienti dal mondo industriale e accademico lavorano insieme per un periodo più lungo di un normale progetto UE.

Il contributo che ha ottenuto la maggiore evidenza e i risultati degli studi sul tema sono stati pubblicati su Nature Review Materials e messi in evidenza in copertina. Evidenziano come le proprietà del grafene consentono comunicazioni a banda ultralarga e un basso consumo energetico.

Ciò cambia il modo in cui i dati vengono trasmessi attraverso i sistemi di comunicazione ottica, rendendo i dispositivi integrati nel grafene l’ingrediente chiave per l’evoluzione del 5G, dell’Internet of Things (IoT) e dell’Industria 4.0. “Questo articolo spiega il potere delle tecnologie in grafene nel trasformare le applicazioni all’avanguardia nelle telecomunicazioni – spiega Kari Hjelt, Head of Innovation della Graphene Flagship, e aggiunge – abbiamo già notato i primi frutti degli investimenti della Graphene Flagship quando siamo passati dallo sviluppo dei materiali ai componenti e all’integrazione a livello di sistema”.

Si aggiunge Wolfgang Templ, manager di Radio Transceiver Research Group presso Nokia Networks in Germania, una realtà partner della Graphene Flagship:“Poiché le tecnologie convenzionali dei semiconduttori si stanno avvicinando ai propri limiti fisici, dobbiamo esplorare tecnologie completamente nuove per realizzare le nostre più ambiziose visioni di una società interconnessa globale. Il grafene promette un significativo passo in avanti nelle prestazioni dei componenti chiave per le comunicazioni ottiche e radio oltre i limiti prestazionali delle attuali tecnologie dei componenti convenzionali basate sui semiconduttori”.

La Graphene Flagship presenta la propria visione del futuro della fotonica integrata basata sul grafene e fornisce strategie per migliorare il consumo energetico, la producibilità e l’integrazione su scala wafer. Nella pubblicazione sopra citata, i partner della Graphene Flagship forniscono anche una tabella di marcia che mostra quando i dispositivi fotonici basati su grafene supereranno i requisiti tecnologici per consentire l’evoluzione dei mercati dei dati e delle telecomunicazioni guidati da 5G, IoT e Industria 4.0.

L'evoluzione delle comunicazioni by nature Reviews Materials
L’evoluzione delle comunicazioni (Fonte Nature Reviews Materials)

Il grafene integrato in un circuito fotonico viene considerato dagli studiosi del CNIT, il Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni, partner della Graphene Flagship, come una tecnologia scalabile e a basso costo in grado di gestire i collegamenti in fibra ad altissime velocità di trasmissione dati.

Allo stato dell’arte, l’utilizzo del grafene per la fotonica offre vantaggi sia per quel che riguarda le prestazioni, sia per ciò che concerne la produzione. Il grafene può garantire modulazione, rilevamento e prestazioni di commutazione che soddisfano tutti i requisiti per la futura evoluzione nella produzione di dispositivi fotonici. “Puntiamo a ricetrasmettitori ottici altamente integrati che permetteranno bit rate elevati ben oltre un terabit al secondo per canale ottico. Questi sistemi mirati si differenziano dai loro predecessori basati sui semiconduttori per minore complessità, dissipazione di energia e form factor che vanno di pari passo con una maggiore flessibilità e accordabilità”, aggiunge Templ.

Daniel Neumaier di AMO GmbH, partner della Graphene Flagship, leader della Graphene Flagship Division on Electronics and Photonics Integration, ha aggiunto: “I link di comunicazione ottica diventeranno sempre più importanti nel 5G per supportare le elevate velocità di trasmissione dati necessarie su tutti i nodi. I componenti ottici basati sul grafene integrati su una piattaforma di silicio saranno in grado di fornire sia un aumento delle prestazioni sia un processo di produzione a basso costo, pertanto ci si aspetta che diventino componenti chiave nell’era del 5G”.

Mentre Andrea C. Ferrari, professore alla University of Cambridge, Science and Technology Officer di Graphene Flagship e Chair del Management Panel, così ha chiosato l’articolo: “Esso spiega chiaramente come l’utilizzo di un approccio integrato del grafene e della fotonica basata sul silicio sia in grado di soddisfare e superare i requisiti previsti relativi alla velocità di trasmissione dei dati nei futuri sistemi di telecomunicazione. L’avvento dell’Internet of Things e dell’era del 5G rappresentano opportunità uniche per il grafene di dimostrare il suo massimo potenziale”.

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