メタマテリアル市場 サイズと展望 2025-2033

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メタマテリアル市場の成長ドライバー

航空宇宙・防衛産業からの高い需要

軍事、航空宇宙、防衛における効果的な通信には、アンテナ技術の向上が不可欠です。信頼性が高く、効果的で、リアルタイムな通信は、デジタル戦場におけるネットワーク中心の作戦において、正確な情報を適切な人員に届けるために不可欠です。防衛、航空宇宙、軍事システムにおいて、時折見落とされがちですが、重要な要素の一つがアンテナです。レーダーは、ミサイルの正確な標的追跡のために、軍事用アンテナも利用しています。軍事用アンテナ市場は、国境侵入、テロ活動、国際紛争、そして攻撃を受けやすい国境の増加によって活性化すると予想されており、航空宇宙・防衛用途におけるメタマテリアルの需要増加が見込まれています。

すべての国は、平和と安全の維持のために防衛産業への投資を行ってきました。さらに、各国政府は毎年、国の防衛産業向けに一定額の予算を計上しています。航空宇宙産業と軍事産業は現在、「スーパーサイクル」の真っ只中にあり、これは膨大な受注残が一因となっており、今後10年間でこの分野の生産を牽引する可能性があります。上記のすべての要因により、この業界におけるメタマテリアルの需要は高まっています。この需要は、予測期間の後半において市場にとって重要な推進力となるでしょう。

通信用アンテナの利用増加

通信業界は最近、マイクロ波応用への関心を高めています。エンジニアリング・メタマテリアルは、特殊な電磁信号を生成することができます。これらの物質は、負の屈折率（NRI）や左手系物質（LHM）など、様々な屈折特性を示します。そのため、これらの物質は、マイクロ波部品の製造だけでなく、高効率アンテナの設計・製造にも不可欠です。磁気誘導（MI）通信システムでは、ループアンテナが負の透磁率を持つメタマテリアルシェルに覆われています。理論的には、メタマテリアルを活用したSR通信システムと小型ループアンテナを用いることで、許容可能なデータレートで約20メートルの通信範囲を実現できます。そのため、遠隔地でこれらの材料を使用すると、接続に大きな影響を及ぼす可能性があります。

アンテナにメタマテリアルを用いることで、人は回折限界の6倍の距離、0.38メートルに焦点を合わせることができます。これらのメタマテリアルを用いた携帯電話のアンテナは、従来のアンテナの5倍の大きさで、700MHz～2.7GHzの帯域幅を備えています。科学者たちは現在、広角インピーダンス整合（WAIM）技術の研究を行っています。メタマテリアルは、優れた広角インピーダンスを備えたフェーズドアレイアンテナを提供することが示されています。メタマテリアルは、5Gアンテナでもますます頻繁に利用されています。ミサイル防衛システム、海洋監視システム、宇宙監視システム、航空機衝突防止システム、防空システムにおけるメタマテリアルベースのアンテナの利用など、上記のすべての要因が、予測期間中のメタマテリアル市場を牽引すると予想されます。

市場の制約

メタマテリアルの合成コスト

メタマテリアルの製造プロセスには、マイクロスケールおよびナノスケールの高度な3次元構造と、同一構造内に複数の構成材料を生成できるツールが含まれます。これらのプロセスは非常に資本集約的であり、研究開発への多額の投資が必要です。このような高度に特性化された構造の設計と製造には、最先端の機械設備が必要です。したがって、メタマテリアルの合成は時間のかかる重要なプロセスです。近年、積層造形も潜在的な製造プロセスとして検討されています。

さらに、メタマテリアルの製造に使用される原材料には、非常に高価な様々なナノ粒子が含まれます。 EPDプロセスは、電界を利用して溶液中の帯電ナノ粒子を基板上に堆積させるプロセスです。用途が限られているため、メタマテリアルの大規模生産はまだ初期段階にあります。製造コストが高いため、世界中の企業はメタマテリアルの小規模から中規模の合成に取り組んでいます。そのため、様々なメタマテリアルを十分な工業規模で生産するための安価な技術が不足しており、メタマテリアル市場がその潜在能力を十分に発揮できていません。

市場機会

無線モバイル通信の需要増加

無線モバイル通信システムの需要は過去10年間で増加しています。2010年に国際電気通信連合（ITU）がIMT-Advanced（IMT-A）規格を承認して以来、第4世代（4G）無線通信が世界中で展開されています。4G通信システムのインターネットプロトコルアーキテクチャに基づき、インターネットトラフィックの継続的な増加に伴い、インターネットにアクセスするスマートで異機種混在の無線デバイスの数は指数関数的に増加すると予測されています。無線通信システムにメタマテリアルを使用すると、スペクトル効率とエネルギー効率が向上します。

第5世代（5G）無線通信技術は現在開発段階にあり、2021年の導入が予定されています。しかし、COVID-19パンデミックの影響で遅延が生じる可能性があります。5G通信システムは、4Gシステムよりも大幅に高い伝送速度、つまり8～10bps/Hz/セルで最大10Gbpsのピークデータレートを実現することが期待されています。通信分野の成長が続く中、5Gネットワ​​ーク技術の商用展開により、通信デバイスの新時代が到来すると期待されています。メタマテリアルは、大規模MIMO（Multiple Input and Multiple Output）通信システム向けの大規模アンテナのメタマテリアルベースの設計など、5G技術コンポーネントへの利用がますます増加しています。メタマテリアルベースのリフレクタは、5G信号の伝播を強化するためにも使用されています。

モノのインターネット（IoT）、モバイルメディア、そして自動運転車の導入が進むにつれ、予測期間中、無線通信システムにおけるメタマテリアルの応用事例は大幅に増加すると予想されます。これらのモバイル通信に使用されるコンポーネントは、効率を損なうことなくコンパクトであることが求められており、まさにメタマテリアルが真価を発揮する分野です。メタマテリアルコンポーネントの使用は、あらゆる無線およびモバイル技術に革命をもたらし、ひいては業界を牽引するでしょう。

セグメント別分析

タイプ別分析

電磁気分野は最大の市場シェアを占め、予測期間中に31.9%のCAGRで成長すると予測されています。電磁メタマテリアルは、自然界に存在する材料や複合材料では実現が困難または不可能な様々な応答特性を提供するように意図的に設計された電磁気特性を持つ構造を持つ人工材料です。メタマテリアルの重要な特性には、負の屈折率（磁気応答と電気応答が同時に負となる）、完全（サブ波長）レンズ効果、電磁気による不可視クロークなどがあります。これらの特性が分野の成長を牽引しています。

用途別分析

アンテナ・レーダー分野は最大の市場シェアを占め、予測期間中に31.8%のCAGRで成長すると予測されています。メタマテリアルの最も重要な用途の一つはアンテナです。アンテナの性能特性は、メタマテリアルの特殊な特性を利用することで向上します。メタマテリアルコーティングは、電気的に重要ではなく、見た目も美しいダイポール受信装置の放射能力と調整能力を向上させるために使用されてきました。メタマテリアル表面アンテナ（MSA-T）の開発は、受信デバイスのイノベーションにおける新たなカテゴリーに属します。このアンテナは、可動部品や高価なステージ移動セグメントを使用することなく、広範囲にわたって無線周波数バーを迅速かつ正確に制御できます。前述の要因により、アンテナおよびレーダーにおけるメタマテリアルの需要は、予測期間中に増加すると予想されます。

エンドユーザー分析

航空宇宙・防衛分野は最大の市場シェアを占めており、予測期間中に34%のCAGRで成長すると予測されています。高度なアンテナ技術は、信頼性の高い軍事、防衛、航空宇宙通信に不可欠です。信頼性が高く、効果的で、リアルタイムの通信は、ネットワーク中心の作戦がデジタル戦場で成功し、正確な情報を適切な人に適切なタイミングで届けるために不可欠です。アンテナは、しばしば見過ごされがちですが、航空宇宙、防衛、軍事システムの重要な要素です。さらに、軍用アンテナはミサイルの正確な目標追跡を可能にする誘導レーダーにも使用されています。国境侵入、テロ活動、国家間紛争、そして攻撃を受けやすい国境の増加により、軍用アンテナの需要が増加すると予想されています。そして、これがメタマテリアルの需要を牽引する要因となっています。

地域分析

市場における北米の優位性

北米は最大の市場シェアを占めており、予測期間中は年平均成長率（CAGR）31.9%で成長すると予測されています。米国は世界最大の航空宇宙産業を有しています。連邦航空局（FAA）によると、航空貨物の増加により、2030年には航空機の総保有数は36,500機に達すると予想されています。さらに、米国の主要航空会社の保有機数は、既存機の老朽化により、年間54機ずつ増加すると予想されています。フランス、中国、ドイツなどの国々への航空宇宙部品の好調な輸出と、米国における堅調な個人消費が、航空宇宙産業の製造活動を牽引しています。

米国の国防予算は、2020年度に7,215億ドルに達し、2021年度には7,162億ドルに達しました。これは、ドナルド・トランプ大統領の最初の任期の最後の2年間における支出額としては過去最高額です。現政権が軍事装備の生産を増強し、世界秩序における米国の地位を確保しようとする姿勢は、過去5年間の軍事費増加に貢献した多くの要因の一つです。航空宇宙・防衛分野におけるこのような傾向は、メタマテリアルの需要を喚起すると予想されます。

アジア太平洋地域は、2030年までに16億ドルの国防予算を生み出し、年平均成長率（CAGR）は31.7%になると予測されています。中国は世界最高の国防予算を保有しています。近年の国防費の増額は、中国が2035年までに人民解放軍を完成させ、2049年までに「世界一流」の軍隊へと変貌させることに注力していることを明確に示しており、軍事技術産業にとって大きなチャンスとなっています。電子機器生産の最大の拠点は中国にあります。中国は国内消費者に電子機器を供給し、他国にも電子機器を輸出しています。中流階級の可処分所得の増加と、中国から電子機器を輸入する国々における電子機器需要の高まりにより、電子機器生産は拡大すると予測されています。したがって、メタマテリアル市場はこの地域で健全な成長を遂げる可能性が高いでしょう。

ヨーロッパは3番目に大きな地域です。ドイツの航空宇宙産業は全国で2,300社以上の企業を抱えており、特に北ドイツに企業が集中しています。ドイツには、主にバイエルン州、ブレーメン州、バーデン＝ヴュルテンベルク州、メクレンブルク＝フォアポンメルン州に、航空機内装部品、MRO（整備・修理・オーバーホール）、軽量構造・軽量素材の生産拠点が数多く存在します。航空業界の需要増加に対応するため、今後20年間で3万～3万5千機以上の新型航空機が就航すると予測されています。そのため、航空機生産の増加に伴い、予測期間中の市場消費量も増加すると予想されます。

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メタマテリアル市場のトップ競合他社

1. Echodyne Corp.
2. Evolv Technologies Inc.
3. Fractal Antenna Systems Inc.
4. JEM Engineering LLC
5. Kymeta Corporation
6. Metamaterials Technologies Inc.
7. MetaShield LLC
8. Multiwave Technologies AG
9. Nanohmics Inc.
10. NKT Photonics
11. Plasmonics Inc.
12. TeraView Ltd
13. SpeCom Oy
14. Proteomics GmbH

最近の開発状況

• 2022年8月 - FirstEnergy Stadiumは、Evolv Technologyのシステム、データ、分析機能を活用し、公共の安全とファン体験の向上を図りました。 Evolv Technology（NASDAQ: EVLV、以下「Evolv」）は、AIを活用した武器検知セキュリティスクリーニングの世界的リーダーです。
• 2022年2月 - Echodyneは、Northrop Grumman Corporation（NYSE: NOC）との新たな戦略的契約を発表しました。この契約は、EchodyneのレーダーをNorthrop Grummanの厳選された先進防衛・セキュリティ製品に統合するための既存の取り組みを拡大するものです。ソリューション。