Sette anni da adesso non sembrano un traguardo così futuristico, eppure in questo lasso di tempo è probabile che il mondo assisterà a diversi cambiamenti epocali nei settori delle comunicazioni dati, dei trasporti, dell'energia e della connettività di fascia consumer.
Un recente rapporto (Predicting the Connectivity of Tomorrow) Molex offre uno sguardo approfondito sugli sviluppi più promettenti dell'elettronica per il resto di questo decennio.
Il rapporto illustra applicazioni emergenti come la connettività contactless e la trasmissione di dati a velocità doppie rispetto a quelle attuali, nonché dispositivi così sottili che definiscono nuove frontiere nella miniaturizzazione. Si offre uno sguardo sull'approccio innovativo di Molex alla progettazione dei connettori, con l'obiettivo dichiarato di dare forma alla connettività del futuro: quali saranno le principali tendenze nello sviluppo di soluzioni interconnesse da oggi alla fine del decennio e quale sarà la strategia di Molex per stare al passo con la rapida evoluzione del panorama dei dati, dei dispositivi e delle infrastrutture.
L'arte dell'interconnettività
Realizzare un connettore in grado di spostare più potenza o più dati potrebbe sembrare un compito semplice. Ma come qualsiasi altro problema di progettazione, la tecnologia di interconnessione deve trovare compromessi tra variabili spesso in contrasto tra loro. Per qualsiasi connettore, le variabili principali sono:
- integrità del segnale e qualità dell'alimentazione;
- velocità di trasferimento dei dati e/o della potenza nominale;
- gestione termica;
- fattore di forma, dimensioni e peso.
L'amplificazione di una variabile spesso genera carenze in altre. Le applicazioni di potenza più elevata, ad esempio, obbligano gli ingegneri a tenere conto della maggiore energia termica che viene generata. Velocità più elevate che passano attraverso un cavo o un dispositivo wireless potrebbero causare più rumore a fronte di un segnale più limitato. Un assaggio del futuro della progettazione dei connettori è già visibile nei risultati di miniaturizzazione ottenuti da Molex, i cui ingegneri riescono a bilanciare calore, peso, potenza e dati in un fattore di forma sempre più piccolo.
Previsione delle prestazioni elettriche
Recentemente, il team di simulazione di ingegneria predittiva di Molex ha collaborato a un progetto pilota per lo sviluppo di connettori MX-DaSH. Questo approccio offre un'anteprima degli enormi cambiamenti in arrivo nello sviluppo dei prodotti. Il team sta aiutando gli attuali clienti del settore trasporti a trovare il giusto equilibrio di variabili nei loro componenti personalizzati.
L’approccio dell’ingegneria predittiva ha origine nelle applicazioni di trasporto, in cui le componenti dei sottosistemi dei veicoli convergono in uno spazio virtuale. Queste parti tridimensionali, denominate “gemelli digitali”, includono tutte le caratteristiche fisiche simulate dell'oggetto fisico vero e proprio. La simulazione software può fornire indicazioni preziose sulle prestazioni elettriche, meccaniche e termiche di un prodotto ben prima della fabbricazione di un prototipo fisico.
L'analisi predittiva può introdurre vari fattori di stress relativi alle condizioni ambientali o replicare gli effetti dell'usura nel tempo. Il team Molex ha fatto progressi nella simulazione di un singolo connettore in grado di dimostrare gli effetti di queste sollecitazioni sulla potenza e sulla qualità del segnale. Allo stesso modo, gli ingegneri possono apportare una modifica dimensionale al design di un connettore e misurare l'impatto sul profilo termico o sulla longevità meccanica del prodotto.
Applicazioni del digital twin nel mondo dei connettori
Con il progredire della tecnologia del gemello digitale, si fornisce una convalida delle prestazioni su una gamma più ampia di fattori, tra cui l'integrità strutturale, il peso, l'ottimizzazione delle dimensioni del pacchetto, la corrente nominale, le interferenze elettromagnetiche (EMI), la sicurezza dell'alta tensione, l'assemblaggio ergonomico e la manutenibilità.
Sebbene sia ancora nelle prime fasi della sua maturazione tecnologica, l'ingegneria predittiva ha il potenziale, in una forma avanzata, di capovolgere tutte le attuali nozioni di sviluppo del prodotto. Per i progettisti di interconnessioni di nuova generazione, la progettazione predittiva di tutte le funzioni è (oggi) il traguardo finale.
In un futuro prossimo, il gemello digitale probabilmente crescerà fino a comprendere l'intero assemblaggio del prodotto di un cliente, in modo che gli ingegneri possano seguire le interazioni che si verificano durante l'applicazione, identificando e risolvendo i problemi prima della produzione e ricevendo preziosi feedback sull'utilizzo nel corso della vita operativa di un prodotto elettronico. L'intelligenza artificiale (AI) è in grado di ideare nuove strategie e di individuare un equilibrio di precisione tra gestione termica, prestazioni, peso e fattore di forma.
Il gemello digitale potrebbe accompagnare i tecnici addetti alla risoluzione dei problemi sul campo, i quali saranno in grado di visualizzare una “radiografia” di macchinari complessi attraverso visori intelligenti basati su realtà aumentata (AR). Allo stesso modo, la realtà virtuale (VR) consentirà ai progettisti di comprendere l'infrastruttura locale ed eseguire l'analisi dei guasti entrando in un sito virtuale da remoto.
Nel corso del tempo, il gemello digitale potrebbe anche dimostrare la sua fedeltà fino al punto di sostituire i prototipi fisici con le simulazioni ai fini della conformità dei prodotti: si immagini una dimostrazione di 15 minuti di un connettore in simulazione che sostituisce un processo di sei settimane di test meccanici e prototipazioni.
Il risultato finale potrebbe essere una riduzione significativa dei cicli di progettazione. Sapendo come interagiscono le diverse variabili di un connettore, gli sviluppatori di prodotti potranno essere in grado di fare progressi decisivi nella miniaturizzazione, nella qualità energetica e nell'efficienza dei costi.
Tendenze principali per i connettori del futuro
Per capire come cambieranno i connettori nel resto del decennio vanno considerati alcuni dei fattori di mercato che esercitano pressione sulle variabili della progettazione:
- Velocità di trasmissione elevate
La richiesta di volumi di dati sempre maggiore sarà alimentata dalle crescenti aspettative dei consumatori nonché dall'espansione delle applicazioni AI e Internet of Things. L'esigenza di innovare in termini di velocità dei dati non avrà tregua, e si manifesterà in modo particolare nel punto più stretto del collo di bottiglia (data center, edge computing o punti di trasmissione).
L'aumento della velocità delle connessioni e del cablaggio introduce maggiori rischi per l'integrità del segnale. Un cavo ibrido composto sia da fibra ottica che da filo in rame è una delle soluzioni Molex per risolvere questo conflitto. Utilizzando fibre ottiche per trasmettere i segnali dati e conduttori di rame per trasmettere energia, i cavi ibridi possono trasmettere energia su lunghe distanze garantendo al contempo una trasmissione dati ad alta velocità.
Nell'arco di sette anni, gran parte dell’infrastruttura di comunicazione dati non funzionerà più a 112 Gbps, ma a una velocità doppia. Molex si è dimostrata all'avanguardia nelle architetture dei data center di nuova generazione introducendo sul mercato la prima gamma completa di prodotti 224 Gbps-PAM4.
- Throughput di potenza più elevato e più veloce
Il decennio che ci attende sarà quello in cui si cercheranno modi per trasferire energia dalle stazioni di stoccaggio ai dispositivi portatili. Con la proliferazione delle batterie per veicoli elettrici, per abitazioni e impianti rinnovabili, cresce la richiesta di rendere disponibile questa energia in modo affidabile e possibilmente molto veloce. Una maggiore potenza è la risposta alla ricarica rapida dei veicoli elettrici, ma il potenziamento delle tensioni richiede un miglioramento della connettività sia nei veicoli che nei punti di ricarica. I nuovi progetti devono anche tenere conto dei rischi per la sicurezza e degli effetti termici.
Molex risponde con soluzioni ad alte prestazioni basate su busbar, connettori e cavi, progettate appositamente per le alte tensioni. Innovazioni come i sensori incorporati all'interno delle busbar potrebbero essere all'ordine del giorno nelle stazioni di ricarica per veicoli elettrici entro il 2030.
- Componenti molto piccoli
La tendenza alla miniaturizzazione persiste in svariati settori, in particolare nella produzione di dispositivi RF/wireless, nel settore automobilistico, nell'elettronica di consumo, nei data center e nell'edge computing.
I progettisti sono chiamati a creare componenti più piccoli con una maggiore densità di funzioni, spinti dall'evoluzione delle aspettative degli utenti in termini di prestazioni elevate in package più sottili, più compatti e anche più robusti.
L'impegno di Molex nel risolvere nuovi problemi di miniaturizzazione ha portato a soluzioni di interconnessione innovative che aumentano la funzionalità riducendo al contempo le dimensioni dei componenti.
- Connettività contactless
La connettività contactless offre una libertà di movimento illimitata, nonché l'eliminazione di attività che comportano ripetute operazioni di accoppiamento e disaccoppiamento manuale. Il trasferimento di potenza e segnale a breve distanza attraverso l'accoppiamento induttivo magnetico ha centinaia di potenziali applicazioni in settori come quello automobilistico, manifatturiero e dell'elettronica di consumo. Benché si tratti di una tecnologia non ancora giunta a piena maturazione, le soluzioni di connettività contactless offrono la possibilità di migliorare l'affidabilità, aumentare la robustezza e abbassare i costi rispetto ai connettori meccanici convenzionali.
Innovazioni trasversali
Innovare significa creare o estrarre valore in modi nuovi e diversi. Molex crea valore attraverso una stretta collaborazione con i clienti, affiancando i propri team di ingegneri a quelli dei clienti, per soddisfare le esigenze di oggi e prepararsi per quelle del futuro. In questo modo si ottiene una visione unitaria di tutti i settori e la capacità di informare e formare i clienti su soluzioni di connettività, innovazioni tecniche e tecniche di produzione di successo, che possono essere adattate a partire da altre applicazioni. Dopotutto, molte delle tendenze odierne sono state ispirate o adattate partendo da altre applicazioni, come ad esempio:
- L'infotainment del veicolo è una confluenza di caratteristiche e funzionalità diffuse nell'elettronica di consumo e nell'infrastruttura di comunicazione dati.
- Le aziende di tecnologia medicale hanno perfezionato la diagnostica miniaturizzata, che ora ispira la realizzazione dei dispositivi indossabili.
- La massiccia diffusione dei prodotti consumer implica che le esperienze degli utenti nel loro uso, come ad esempio nel caso degli smartphone, possano essere applicate ad altri ambienti.
Indipendentemente dalla fonte di ispirazione, i clienti beneficiano degli importanti investimenti di Molex nell'ingegneria predittiva di nuova generazione, nella prototipazione e nelle metodologie di produzione. Questi approcci consentono cicli di sviluppo rapidi, una migliore qualità dei prodotti e una maggiore flessibilità produttiva, capacità sempre più richieste.
