Yano E plus 2021년 6월호(NO.159)
내용목차
≪차세대 시장 트렌드≫
차세대 양자 기술 시리즈(2)~양자 시뮬레이션~
~냉각원자, 고체전자계와 빛의 결합계, 이온트랩 등을 대상,
양자스핀 모델 문제에 대해 검증하는 시뮬레이션이 진전~
1. 양자 시뮬레이션이란
2. 비약의 시기를 맞은 양자 시뮬레이터
3. 양자 시뮬레이션의 방법
3-1. 냉각원자방식
3-2. 초전도양자비트방식
3-3. 이온트랩방식
4. 양자 시뮬레이션의 시장규모 예측
[그림·표1. 양자 시뮬레이션의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측(금액: 2025-2050년 예측)]
5. 양자 시뮬레이션에 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
5-1. 아토스 주식회사
(1) 일본 진출을 이룬 'Atos QLM'
(2) Atos QLM의 활용
[그림3. Atos QLM의 활용 장면]
[그림4. Atos QLM은 완전한 프로그래밍 환경과 양자 프로세서 에뮬레이터로서 기능한다]
(3) Atos는 발전하는 양자 컴퓨팅에 대응하여 진화해 나간다
[그림5. 양자 솔루션에 대응한 로드맵]
5-2. 학교법인 오키나와과학기술대학원대학학원/오키나와과학기술대학원대학(OIST)
[그림6. 스핀궤도 결합 타입의 모식도]
5-3. 학교법인 긴키대학
(1) 냉각원자를 이용한 양자 다체 다이내믹스의 양자 시뮬레이션
[그림7. 갑자기 광격자 깊이를 낮춘 후의 시간 발전 모식도]
[그림8. 2차원계에서의 비국소 상관의 시간 발전]
[그림9. 3차원계에서의 에너지보존규칙, 파랑: 상호작용에너지, 빨강: 운동에너지, 초록: 상호작용에너지와 운동에너지의 합, 실전: 수치 계산 결과]
(2) '콘도 효과'의 엄밀한 계산기 시뮬레이션에 성공
[그림10. (a)콘도 효과에서의 전기저항의 온도의존성 개략도, (b)본 연구의 계산결과]
5-4. 학교법인 도쿄이과대학
(1) 조셉슨 접합을 포함한 초전도 양자회로 연구
(2) 2차원 패키지가 가능한 초전도 집적 양자회로의 시제작
[그림11. 16양자비트의 초전도 양자 칩 사진]
[그림12. 16양자비트의 초전도 양자 칩 회로 모식도]
5-5. 학교법인 니혼대학
(1) 불규칙한 양자 자성체의 양자 시뮬레이션 방법을 제창 ~마이너스의 절대온도를 가지는 기체의 유효 이용~
[그림13. 광격자 안에 갇힌 원자 기체에 의한 시뮬레이션]
[그림14. 불규칙한 양자 자성체 모델]
[그림15. 물질파 위상의 개념을 나타내는 설명도
파동함수가 (a)에서는 실수, (b)에서는 실부와 허부를 갖는 복소수]
[그림16. 플러스의 절대온도를 나타내는 모식도]
[그림17. 마이너스의 절대온도를 나타내는 모식도]
(2) 3색 양자 기체를 이용한 인공적인 자석의 새로운 양자자기현상을 발견
[그림18. 자성체에 대한 캐리어 도프
(a)는 통상적인 전자계 물질의 경우, (b)는 4색 인공물질의 예]
5-6. 국립대학법인 홋카이도대학
(1) 복잡한 촉매반응의 본질
[그림19. 연구실 내의 계산용 컴퓨터군]
(2) 담지금속촉매의 반응 메커니즘
[그림20. SiO2 담지 Pt촉매에 의한 C2H4 완전 산화반응 메커니즘 모델]
(3) 이산화탄소 고정화 촉매 반응 메커니즘
[그림21. 제4급 암모늄 염촉매 및 포르피린과 조합한 이관능성 촉매에 의한 CO2 변환 메커니즘]
6. 양자 시뮬레이션의 장래 전망
스마트 센싱 시리즈(5) 프린티드 센서 관련 시장④ 그래핀 센서 편
~ 그래핀 센서의 개발 단계가 진행되어 해외의 대응이 활발~
1. 들어가며
1-1. 차세대 인쇄형 센서와 그래핀 센서
(1) 초스마트 사회의 핵심 테크놀로지
[그림1. FHE 디바이스의 이미지(좌)와 동 센서의 구조 예(우)]
(2) 차세대 인쇄형 센서의 요소 기술
[그림2. 단층 그래핀 잉크와 그 사용 예(우)]
(3) 그래핀의 특징과 그래핀 센서
[그림3. 그라파이트(좌), 그래핀(중), CNT(우)의 구조]
2. 그래핀 센서와 유기 센서의 시장 전망
2-1. 그래핀과 그 관련 재료(GRM) 시장의 동향
[그림·표1. 각종 그래핀(GRM)의 시장규모 추이·예측(금액: 2020-2028년 예측)]
[그림·표2. GRM의 종류별 세계 시장규모(금액: 2020년)]
[그림·표3. GRM의 이용분야별 세계 시장규모(금액: 2020년)]
[그림·표4. GRM의 이용분야별 세계 시장규모(금액: 2028년 예측)]
2-2. 인쇄형 센서의 소재 타입별 시장 동향
[그림·표5. 인쇄형 센서의 소재 타입별 세계 시장규모 예측(금액: 2020-2028년 예측)]
[그림·표6. 인쇄형 센서의 소재 타입별 세계 시장규모(금액: 2020년, 2028년 예측)]
[그림·표7. 혈당센서를 제외한 인쇄형 센서의 소재 타입별 세계 시장규모(금액: 2028년 예측)]
3. GRM 관련 주목기업·기관의 대응
3-1. ICFO/Graphenea S.A
[그림4. 그래핀 응용 광검출기(좌)와 광학식 웨어러블 센서(중·우)]
[그림5. ICFO 리스트밴드형 센서의 구조(중)와 검출방법(우)]
[그림6. Graphenea의 CVD 그래핀(좌), GO 제품(중), GFET 제품(우)]
3-2. Imagine Intelligent Materials Pty Ltd/아스테리아 주식회사
[그림7. 건축용 섬유시트(geotextiles)에 대한 그래핀 도공과 센서화]
[그림8. 도전 그레이드와 대면적 센서 'imgne®X3'의 표면 저항률]
[그림9. 단말장치를 부착한 그래핀계 바닥센서의 개념도(좌)와 그 실례]
[그림10. 그래핀 센서와 'Cravio'의 연계 이미지]
[그림11. 그래핀 도공 센서(세면대) Cravio 연계를 통한 접촉장소의 가시화]
환경 대응차 시장의 동향과 향후 전망(補)
~세계 자동차 생산에서 차지하는 환경 대응차는 11%(2021)에서
대폭 증가하지만 상황은 혼돈 속~
1. 세계 자동차 생산과 환경대응차
1-1. 세계 자동차 생산대수
(1) 세계 자동차 생산대수
[그림·표1. 세계 자동차 시장 4개국/지역의 생산대수(수량: 2021-2030년 예측)]
[그림 1. 세계 4개국/지역의 자동차 생산 점유율(수량: 2021년, 2030년 예측)]
(2) ICE, 환경 대응차
[그림·표2. ICE, 환경대 응차의 추이/세계 4개국/지역(수량: 2021-2030년 예측)]
[그림2. 세계 4개국/지역의 ICE, 환경 대응차 점유율(수량: 2021년, 2030년 예측)]
1-2. 세계 ICE, 환경 대응차 생산대수
(1) 세계의 ICE 생산대수
[표3. 4국/지역의 ICE 추이(수량: 2021-2030년 예측)]
[그림3. 세계 4개국/지역의 ICE 점유율(수량: 2021년, 2030년 예측)]
(2) 세계의 HEV 생산대수
[그림·표4. 4국가/지역의 HEV 추이(수량: 2021-2030년 예측)]
[그림4. 세계 4개국/지역의 HEV 점유율(수량: 2021년, 2030년 예측)]
(3) 세계의 PHEV 생산대수
[그림·표5. 4국/지역의 PHEV 추이(수량: 2021-2030년 예측)]
[그림5. 세계 4개국/지역의 HEV 점유율(수량: 2021년, 2030년 예측)]
(4) 세계의 BEV 생산대수
[그림·표6. 4국/지역의 BEV 추이(수량: 2021-2030년 예측)]
[그림6. 세계 4개국/지역의 BV 점유율(수량: 2021년, 2030년 예측)]
(5) 세계의 FEV 생산대수
[그림·표7. 4국/지역 FCV 추이(수량: 2021-2030년 예측)]
[그림7. 세계 4개국/지역의 FV 점유율(수량: 2030년 예측)]
≪주목 시장 포커스≫
비침습 생체 센싱 동향
~비침습적 생체정보 측정에 의한 헬스케어 실현을 위해 누액 및 타액,
생체가스 등에 대한 실시간 측정 시스템이 요구되고 있다~
1. 비침습 생체 센싱이란
2. DX가 견인하는 비침습 생체 센싱
2-1. 체액·세포를 이용한 비침습 생체 센싱
2-2. 비침습 생체 센싱 결과를 5G & 클라우드로 분석
2-3. 궁극의 비침습 생체 센싱에 필수적인 BMI
2-4. 초음파 진단의 발전
3. 비침습 생체 센싱의 시장규모 예측
[그림·표1. 비침습 생체 센싱의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측(금액: 2019-2024년 예측)]
4. 비침습 생체 센싱에 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 가가와대학
[그림2. 중적외 분광 장치(2차원 타입)]
[그림3. 초음파 어시스트 중적외 분광 이미징 장치를 사용한 혈중 글루코오스 측정]
[그림4. 초음파 어시스트 중적외 분광 이미징에 의한 내부 반사광 검출 모식도]
[그림5. 초음파 어시스트 중적외 분광 이미징 장치를 이용한 뇨중 글루코오스·알부민 측정]
4-2. 국립대학법인 도쿄대학
[그림6. 바이오센서의 기본 요소]
[그림7. 신소재를 도입하여 얻을 수 있는 바이오/센서 계면을 이용한 반도체 바이오센서]
[그림8. 사카타연구실의 주요 성과]
4-3. 국립대학법인 도쿄농공대학
①음향유기전자(ASEM)법 개발
[그림9. (좌측 상단)ASEM 개념모식도, (좌측 하단)에코 이미지와 ASEM 상의 비교
②계측방법과 장치, ③뼈의 특성과 ASEM 응답
[그림10. 골다공증의 주요 요인]
④다른 장기에 대한 응용
[그림11. 초음파에 의한 압전검출 사례 (좌)섬유상 조직, (우)비섬유상 조직]
[그림12. 신장의 ASEM법 적용 사례]
⑤ ASEM법에 의한 진단의 실용화
4-4. 학교법인 도호쿠공업대학
(1) 식물조직의 광합성에 의한 산소농도분포를 실시간으로 다전극으로 이미지화하는 전기화학 바이오센서[1]
[그림13. 다전극 어레이를 이용한 시금치 어린잎의 광합성 활성 이미징[1]
전기화학계측 개념도(좌), 다전극 어레이 상에 설치한 식물조직 사진(중), 광조사 시 광합성 활성 이미지(우)]
(2) 3차원 인간 세포 칩을 이용한 주사형 전기화학현미경의 호흡 활성 이미지[2]
[그림14. 실리콘 칩의 SECM 이미징[2 ]실리콘의 이방성 에칭한 기판(좌),
SECM을 이용한 산소 이미지(중), 1라인 산소 환원 전류 그래프(우)]
[그림15. 인간 백혈구 세포 칩을 이용한 SECM 호흡 활성 이미징[2] 3차원 배양세포(단구)를 삽입한 세포 칩(좌), SECM을 이용한 호흡 활성 이미지(중), 1라인 산소 환원 전류 그래프(우)]
(3) SECM과 우유 셀 칩을 사용한 소 유방염 간이검사법[3]
[그림16. 우유 셀 칩 제작방법 (A)이방성 식초에 의해 제작한 피라미드형 웰, (B)원유 처리방법, (C)원유 셀 칩 현미경 사진]
①검량선 작성 및 역치 결정
[그림17. 원유 내 체세포 수 평가방법 및 원유 내 체세포 수 검량선
(A)SECM을 이용한 산소 소비 측정에 의한 체세포 수 평가 개념도,
(B)체세포 수별 산소 소비 비교, (C)원유 내 체세포 수의 검량선]
②본 방법을 통한 유방염 소와 정상 소에서의 체세포 수 비교 검토
[표1. 유방염 소의 원유 샘플을 이용한 검사]
4-5. 국립대학법인 도호쿠대학
(1) 동맥경화증 조기진단법 개발
①동맥벽의 점탄성 특성 해석법
[그림18. 혈압-혈관 직경의 동시계측에 의한 요골동맥의 점탄성 계측 (좌)계측계 모식도, (우)혈압파형과 혈관 직경파형]
②혈관 표면 거칠기 측정법
[그림19. 표면 거칠기 추정의 원리]
(2) 새로운 심기능 평가법
[그림20. 심근 수축 응답 지연시간 분포 (좌)정상 상태, (우)허혈 상태]
(3) 경막외 마취 지원을 위한 흉추 묘출 방법
[그림21. 흉추 묘출 방법]
(4) 초음파 가진에 의한 근조직의 점탄성 특성 평가
[그림22. 쌍방향 초음파 가진에 의한 생체조직의 점탄성 특성 평가]
5. 의료 DX의 견인차로서의 비침습 생체 센싱
≪타임리 콤팩트 리포트≫
자동차용 리튬이온전지 시장
지구 환경에 요구되는 [지속가능]한 xEV, LiB 비즈니스의 본연의 자세~
1. 시장 개황
2. 분야별동향
2-1. 자동차용 LiB 시장 동향
2-2.xEV 시장 동향
3. 주목 토픽
3-1 각국서 전동화 정책 가속화 움직임
3-2. 용량 EV가 매스마켓의 가능성, LFP와 Cell to Pack 기술의 조합에 주목
3-3. 국가에서 OEM과 전지 메이커의 합작 설립 움직임
4. 장래 전망
[그림·표1. xEV 타입별 자동차용 LiB 세계 시장규모 추이·예측(수량: 2016-2030년 예측/시장 기준 예측)]
[표1. 자동차용 LiB 세계 시장규모 예측(수량: 2016-2030년 예측/정책 기준 예측)]
[그림·표2. xEV 타입별 세계 생산대수 추이·예측(수량: 2016-2030년 예측/시장 기준 예측)]
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