Los metamateriales utilizan patrones de ingeniería regulares de estructuras de sub-longitud de onda para interactuar con las ondas. Los metamateriales electromagnéticos prometen tener efectos transformadores en los campos de la óptica y las telecomunicaciones. Podrían abaratar y hacer más preciso el reconocimiento biométrico, hacer más envolvente y cómoda la realidad virtual y facilitar el acceso a Internet móvil de alta velocidad sin puntos negros de señal.

En «Optical & Radio Frequency Metamaterials 2024-2034: Markets, Players, Technologies», IDTechEx examina exhaustivamente la tecnología emergente de los metamateriales electromagnéticos en la segunda edición de este informe. A partir de entrevistas con empresas de toda la cadena de valor y de la investigación existente de IDTechEx sobre materiales ópticos, de telecomunicaciones y emergentes, el informe evalúa el mercado de los metamateriales ópticos y de radiofrecuencia (RF) en diversas aplicaciones. Analiza los requisitos de cada aplicación e incluye estudios de casos de actores existentes.

El informe identifica las superficies inteligentes reconfigurables (RIS) en las telecomunicaciones y las metalentes en las cámaras de los teléfonos inteligentes como oportunidades significativas. A través de una segmentación detallada, presenta una visión completa de la situación y el potencial de mercado de cada aplicación. Las previsiones apuntan a que el mercado global alcanzará los 14.900 millones de dólares en 2034, impulsado por la mejora de los sensores biométricos en los smartphones a través de las metalentes y el creciente despliegue de la tecnología 5G mmWave, que está haciendo crecer la adopción de las RIS.

Las previsiones a 10 años de IDTechEx desglosan el espacio de los metamateriales EM en los siguientes verticales de mercado importantes, con muchos más analizados en el informe «Optical & Radio Frequency Metamaterials 2024-2034: Markets, Players, Technologies». Fuente: IDTechEx

Mercado de metamateriales de RF (radiofrecuencia)

Los metamateriales de radiofrecuencia tienen aplicaciones en múltiples sectores, como telecomunicaciones, automoción, aeroespacial y seguridad. Pueden utilizarse en superficies inteligentes reconfigurables (RIS) para reflejar, orientar y apantallar la radiación electromagnética, compensando el menor alcance asociado a las señales de alta frecuencia. Además, en la formación de haces de radar, los metamateriales de RF permiten dirigir activamente la radiación electromagnética para mejorar la resolución angular. Esto podría ser especialmente beneficioso para los sistemas de radar de automoción. Los metamateriales de RF también pueden utilizarse para blindar eficazmente contra las interferencias electromagnéticas, mejorando la seguridad al impedir la fuga de señales, y pueden ser selectivos en frecuencia para crear blindajes transparentes. Los metamateriales de radiofrecuencia también tienen potencial para aplicaciones médicas, como la resonancia magnética y el control no invasivo de la glucosa.

Según las previsiones de IDTechEx, el mayor mercado de metamateriales de RF será el de las superficies inteligentes reconfigurables (RIS) para comunicaciones 5G mmWave y futuras 6G. Tanto la 5G mmWave como la 6G ofrecen ventajas significativas, como la posibilidad de aprovechar un ancho de banda expansivo para soportar picos de flujo de datos que van de gigabits a terabits por segundo y mantener una latencia ultrabaja.

Sin embargo, la utilización de espectros de alta frecuencia presenta retos como un alcance de propagación de la señal muy corto (centímetros para frecuencias superiores a 100 GHz) y obstáculos en la línea de visión. Resolver el deterioro de la señal y establecer una comunicación sólida a distancias razonables es una prioridad para ambas tecnologías, sobre todo en zonas urbanas muy transitadas donde es crucial una conectividad constante a pesar de las barreras.

Establecer numerosas estaciones base no es rentable para proporcionar una cobertura adecuada en espectros de alta frecuencia como 5G mmWave y 6G. En cambio, los SIF metamateriales pueden reflejar y dirigir las señales a los usuarios finales, aumentando el alcance y la intensidad de la señal al tiempo que consumen poca energía. Además, la integración de revestimientos basados en metamateriales con ventanas puede mejorar la cobertura de la señal al reflejar los haces alrededor de obstáculos en zonas urbanas. Estas soluciones proporcionan una amplia cobertura y ofrecen grandes oportunidades para la integración de materiales.

Mercado de los metamateriales ópticos

Los metamateriales ópticos relativamente sencillos basados en la biomímesis de las estructuras de ojo de polilla tienen un historial relativamente largo de uso como revestimientos antirreflectantes (AR) en lentes de cámaras de gama alta. Sin embargo, se espera que las metalentes fabricadas mediante procesos de la industria de semiconductores tengan un enorme impacto, impulsado inicialmente por su capacidad para mejorar el rendimiento de los sistemas de visión por ordenador.

En 2022, las metalentes diseñadas por Metalenz se comercializaron en sensores de tiempo de vuelo (ToF) de STMicro, lo que supuso el primer uso comercial de esta tecnología. En este caso, las metalentes mejoraron el rendimiento de captación de luz en un paquete más pequeño que las ópticas a las que sustituían. El mayor valor de las metalentes reside en su capacidad para añadir funciones ópticas adicionales, como la obtención de imágenes de polarización en un tamaño muy compacto. Esto tiene un enorme potencial de aplicación en la biometría facial para teléfonos inteligentes y podría llevar el reconocimiento facial a los teléfonos inteligentes fuera de la gama de Apple en un futuro próximo, con Metalenz anunciando módulos de sensores diseñados para esta aplicación a finales de 2023.

Se espera que las metalentes basadas en cristales líquidos tengan un impacto significativo en los cascos de realidad virtual, donde podrían utilizarse para resolver el conflicto vergencia-acomodación y ayudar a estos dispositivos a superar la «prueba de Turing visual». Además, las metalentes ópticas activas podrían contribuir a que los LiDAR fueran más compactos y a ampliar los mercados en los que podrían utilizarse estos sensores.

El mayor factor limitante de las metalentes es el rendimiento de amplio espectro, pero se espera que las importantes innovaciones en el diseño de las propias metasuperficies y la compensación por software las conviertan en un sustituto más compacto y barato de las lentes de las cámaras de los smartphones en los próximos diez años. En definitiva, las metalentes tienen el potencial de trastornar muchos rincones de la industria óptica en un futuro próximo.

Autor: Sam Dale, analista tecnológico de IDTechEx