عندما ذهبت إلى المدرسة الثانوية ومعي هاتفي النوكيا الجديد، كنت أظن أنني امتلكت البديل الأحدث والأكثر عصرية لجهازي اللاسلكي الزهري القديم. ولكن الآن، أنا وأصدقائي أمكننا المراسلة والتحدث مع بعضنا أينما كنا، بدلًا من التظاهر بذلك، عندما كنا نركض حول فسحاتنا الخلفية. الآن، سأكون صادقة. في ذلك الوقت، لم أفكر كثيرًا حول كيف تم صنع هذه الأجهزة. كان من العادة أن يظهروا في صباح عيد الميلاد، فمن المرجح إنها صُنعت من قبل الأقزام في ورشة سانتا. دعوني أسألكم سؤالا. من هم الأقزام الحقيقيون الذين صنعوا هذه الأجهزة؟ إذا سألت العديد من الأشخاص الذين أعرفهم، لأجابوا مهندسون برمجيون يرتدون سترة في سيليكون فالي، يعمل متخطيًا الصعاب بالترميز. ولكن يجب أن يحدث الكثير لهذه الأجهزة قبل أن تكون جاهزة لأي نوع من أنواع الترميز. تبدأ هذه الأجهزة من المستوى الذري. لذلك إذا سألتني، الأقزام الحقيقيون هم الكيميائيون. هذا صحيح، قد قلت الكيميائيين. الكيمياء هي بطلة التواصل الالكتروني. وهدفي اليوم أن أقوم بإقناعكم لتوافقوني الرأي. حسنًا، لنبدأ بشكلٍ مبسط، ونلقي نظرة داخل هذه الأجهزة التي تسبب الإدمان بشكل جنوني. لأن من دون الكيمياء، لكانت المعلومات المنتقلة بسرعة عبر الإنترنت التي نحبها، عبارة فقط عن ثقالة ورق مكلفة ولماعة. جعلتنا الكيمياء قادرين على تفعيل كل هذه الطبقات. لنبدأ بالشاشة. كيف حصلنا على هذه الألوان الزاهية والحيوية باعتقادكم والتي نحبها بشدة؟ حسنًا، سأخبركم. هنالك بوليميرات عضوية وُضعت ضمن الشاشة، التي باستطاعتها أن تتزود بالكهرباء وتتحول للألوان الأزرق والأحمر والأخضر التي نستمتع بها في صورنا. ماذا إذا انتقلنا نحو البطارية؟ الآن هنالك بحث عميق. كيف استخدمنا المبدأ الكيميائي للبطاريات التقليدية وقرنّاه بالكترودات جديدة وبمساحة سطح واسعة، بحيث يمكننا الحصول على شحن أكثر بأقل مساحة ممكنة، بحيث يمكننا الحفاظ على طاقة أجهزتنا طوال اليوم، بينما نقوم بالتقاط السيلفي، دون الحاجة للقيام بإعادة الشحن لهواتفنا أو الجلوس متصلين بمأخذ كهربائي؟ ماذا إذا انتقلنا للمواد الرابطة التي تجمع كل هؤلاء معًا، بحيث تستطيع أن تبقى صامدة أمام استعمالنا المتكرر؟ بعد كل هذا، كشخص من جيل الألفية، يتوجب علي أن أقوم بإخراج هاتفي على الأقل 200 مرة لأتفقده، وخلال ذلك، أقوم بإسقاطه مرتين لثلاث مرات. ولكن ما هي الأدمغة الحقيقية لهذه الأجهزة؟ ما الذي يجعلها تعمل بالطريقة المحببة لنا كثيرًا؟ حسنًا كل هذا مرتبط بالمكونات الكهربائية والدارات المربوطة بلوحة دارة مطبوعة. أو ربما تفضلون مصطلحا حيويا ... اللوحة الأم، ربما سمعتم بها. الآن، لوحة الدارة المطبوعة لا يتم التحدث عنها كثيرًا. ولأكون صادقة لا أدري لم. ربما لأنها أقل طبقة مثيرة للاهتمام ومخبأة في قاع كل الطبقات المخملية الأخرى. ولكن حان الوقت لإعطاء طبقة كلارك كينت حقها بالثناء كبطل حقيقي يستحق هذا الثناء. ولذلك سأسألكم سؤالا. ما هي لوحة الدارة المطبوعة باعتقادكم؟ حسنًا، بالنظر للمصطلح. قوموا بالتفكير بالمدينة التي تسكنونها. لديكم كل هذه النقاط المثيرة للاهتمام التي تجعلكم تذهبون إليها: منازلكم وأعمالكم والمطاعم، وبعض محلات الستار باكس في كل حي. ولذلك قمنا ببناء الطرق التي تصل كل هذا مع بعضه البعض. هذا ما تمثله لوحة الدارة المطبوعة. ما عدا، بدل المطاعم، لدينا ترانسستورات على الرقاقات، المكثفات والمقاومات، كل هذه المكونات الكهربائية تحتاج لإيجاد طريق لتتواصل مع بعضها البعض. فإذًا ما هي طرقنا؟ حسنًا، قمنا بتصنيع أسلاك نحاسية صغيرة. فالسؤال التالي هو، كيف نصنع هذه الأسلاك النحاسية الصغيرة؟ إنها حقًا صغيرة جدًا. هل من الممكن أننا ذهبنا لمخزن الأجهزة، واخترنا بكرة أسلاك نحاسية، وجلبنا قطاعة أسلاك ومقصا صغيرا، ودمجناها مع بعضها وثم، بام.. فجأة حصلنا على لوحة الدارة المطبوعة خاصتنا؟ من المستحيل ذلك. هذه الأسلاك متناهية الصغر لتنتج هكذا. ولذلك علينا أن نعتمد على صديقتنا: الكيمياء. الآن، العملية الكيميائية لصنع هذه الأسلاك النحاسية تبدو بسيطة. نبدأ بمحلول من سطوح النحاس المشحونة إيجابًا. ثم نقوم بالإضافة عليه لوحة الدارة المطبوعة المعزولة. ونقوم بتغذية هذه السطوح المشحونة إيجابًا بالكترونات مشحونة سلبًا من خلال إضافة فورم ألدهيد للمزيج. ربما تتذكرون الفورم ألدهيد. له رائحة مميزة حقًا، استخدم لحفظ الضفادع في صف الأحياء. حسنًا اتضح أن بإمكانه القيام بأكثر من ذلك. وهو مكون مفتاحي فعلي لصنع هذه الأسلاك النحاسية الصغيرة. هل ترون، تمتلك الالكترونات في الفورم ألدهيد استثارة. يريدون القفز فوق تلك سطوح النحاس المشحونين إيجابًا. وذلك كله بسبب عملية معروفة بـ كيمياء الأكسدة. وعندما يحدث هذا، يمكننا أخذ هذه السطوح النحاسية المشحونة إيجابًا وتقوم بتحويلها إلى نحاس براق، لامع ومعدني وموصل. وحالما نحصل على نحاس موصل، والآن نقوم بتصنيعه مع الغاز. ويمكننا الحصول على هذه المكونات الإلكترونية. لتتواصل فيما بينها. لذلك علينا شكر الكيمياء مرةً أخرى. ولنقوم بأخذ فكرة ونقوم بالتفكير عن مدى تقدمنا بالكيمياء. بشكل واضح، في الاتصال الالكتروني، الحجم يهم. لذلك لنقم بالتفكير حول كيفية إمكاننا من تصغير حجم أجهزتنا، بحيث يمكننا الانتقال من هاتف زاك موريس في سنوات الـ 1990 لشيء أكثر أناقة قليلًا، مثل هواتف يومنا هذا التي تتسع في جيوبنا. بالرغم، لنكن واقعين هنا: من المؤكد أن لا شيء يتسع في جيوب بناطيل النساء، هذا إذا وجدت بنطال نسائي بجيوب. (ضحك) ولا أعتقد أن الكيمياء تستطيع مساعدتنا في هذه المشكلة. ولكن الأهم من تصغير حجم أجهزتنا الفعلي، كيف نقوم بتصغير الدارة التي بداخله، ونقوم بتصغيرها ما يقارب 100 مرة، بحيث نستطيع نقل الدارة من مقياس المكرون نزولًا لمقياس النانومتر؟ بسبب، لنواجه الأمر، نريد جميعنا هواتف أقوى وأسرع. حسنًا، أقوى وأسرع يتطلب المزيد من الدارات. لذلك كيف يمكننا القيام بذلك؟ ليس الأمر كأنه لدينا أشعة الكترومغناطيسية سحرية للتصغير، كالذي استخدمه بروفيسور واين زالينسكي في "عزيزتي، قلصت الأطفال" ليقوم بتقليص أطفاله. بالخطأ، طبعًا. أو هل نمتلك؟ حسنًا، حقيقةً، في المجال، هنالك عملية تقريبًا مشابهة لهذا. وتدعى الطباعة الضوئية. في الطباعة الضوئية، نقوم بأخذ إشعاع الكترومغناطيسي، أو ما اعتدنا على تسميته بالضوء، ونقوم باستخدامه لتقليص بعض هذه الدارات. بحيث يمكننا ملأ المزيد منها في مكان صغير جدًا. الآن، كيف يحدث هذا؟ حسنًا، نبدأ بركازة تحوي على طبقة رقيقة حساسة للضوء. ثم نقوم بتغطيتها بقناع لديه نمط في قمته من خطوط ناعمة أو ميزات سوف تجعل الهاتف يعمل بالطريقة التي نريدها. ثم نقوم بتوجيه ضوء ساطع ولامع عبر القناع، الذي يقوم بتشكيل خيال لذلك النمط على السطح. الآن، في أي مكان يستطيع الضوء العبور عبر القناع، سوف يتسبب بحدوث تفاعل كيميائي. وهذا سوف يقوم بحرق صورة النمط على الركازة. ولعل السؤال الذي تطرحونه الآن، كيف نقوم بالتحول من صورة محروقة لخطوط ناعمة وميزات؟ ولذلك، يتوجب علينا استخدام محلول كيميائي يدعى المحمض. الآن، المحلول المحمض هو محلول خاص. الذي يستطيع القيام به هو أخذ جميع المناطق غير المتعرضة والقيام بتنحيتها بشكل نوعي، مخلفًا وراءه خطوط ناعمة نظيفة وميزات، ويجعل أجهزتنا المصغرة تعمل. إذّا، قمنا باستخدام الكيمياء الآن لبناء أجهزتنا، واستخدمناها لتقليص حجم أجهزتنا. إذًا من المرجح أنني قمت بإقناعكم بأن الكيمياء هي البطل الحقيقي، ويمكننا أن نتوقف هنا. (تصفيق) انتظروا، لم ننته بعد. ليس بهذه السرعة. وذلك بسبب أننا كلنا بشر. وكبشر، دائمًا أريد المزيد. ولذلك الآن أريد أن أفكر بكيفية استخدام الكيمياء لاستخلاص المزيد من الجهاز. الآن، تم إخبارنا أننا نريد شيئا يدعى 5G، أو الجيل الخامس من الاتصالات اللاسيلكية الموعودة. الآن، من المرجح أنكم سمعتم بالـ 5G في الإعلانات التي بدأت بالظهور. أو حتى من المحتمل أن بعضكم قام بتجربتها في شتاء الأولمبياد لعام 2018. أكثر ما أنا متحمسة لأجله بخصوص الـ 5G هو، عندما أكون متأخرة، أقوم بالاستعجال من بيتي لألحق بالطائرة، يمكنني أن أقوم بتحميل فيلم على جهازي خلال 40 ثانية بما يقابله 40 دقيقة. ولكن حالما يصل الـ 5G الحقيقي، سيكون أكثر من مجرد كم عدد الأفلام التي بالإمكان وضعها في أجهزتنا. لذلك السؤال هو، لماذا الـ 5G الحقيقي ليس هنا؟ وسأطلعكم على سر صغير. من السهل الإجابة عليه. إنه أمر صعب جدًا. ترون، إذا استخدمنا هذه المواد التقليدية والنحاس لبناء أجهزة الـ 5G، لا تستطيع الإشارات الوصول إلى هدفها الأخير. بشكل تقليدي، نستخدم طبقات عازلة قاسية حقًا لتدعم الأسلاك النحاسية. فكروا بلفافات الفيلكرو. هو الصلابة لقطعتين تلتصقان ببعضهما. هذا أمر مهم إذا أردت أن تحصل على جهاز ذي عمر طويل بدلًا من أن تقوم بإخراجه من علبته والبدء بالتحميل لجميع تطبيقاتك عليه. ولكن هذه الصلابة تسبب مشكلة. كما ترون، بالسرعة العظمى العالية للـ 5G يتوجب على الإشارة الانتقال بسرعة متقاربة لهذه الصلابة. وهذا يجعلها تتبدد قبل أن تصل هدفها الأخير. فكروا بسلسلة جبال. ولديكم مجموعة أنظمة طرقية معقدة التي تمر عبرها وفوقها، وأنت تحاول أن تعبر الطريق للجهة الأخرى. ألا توافقني من المحتمل سوف تحتاج وقتا طويلا، ومن المرجح أن تضيع، إذا كنت مضطرًا أن تعبر صعودًا ونزولًا جميع الجبال، بما يعاكس إذا كنت تسير عبر نفق ممهد ومسطح الذي من الممكن أن يمر بشكل مباشر عبر السلسلة؟ حسنًا إنه أمر مماثل في أجهزتنا الـ 5G. إذا أمكننا إزالة هذه الصلابة، حينها يمكننا أن نرسل إشارة الـ 5G مباشرةً دون مقاطعة. يبدو أمرا جيدا، أليس كذلك؟ ولكن انتظروا. ألم أقل منذ قليل بأننا نحتاج الصلابة لإبقاء الجهاز متماسكًا؟ وإذا أزلناها، نحن في موضع حيث النحاس الآن لن يلتصق على الركازة الأساسية المبطنة. فكروا ببناء منزل من مكعبات الليغو، مع جميع هذه الزوايا والشقوق التي تنقفل على بعضها البعض، على عكس اللبنات الملساء. أي من هاتين سوف تكون ذات بنية هيكلية متكاملة عندما تمر سنتان وتحاول أن تدخل غرفة الجلوس وتدمر، محاولًا أن تلعب غودزيلا وتطرح كل شيء أرضًا؟ ولكن ماذا إذا وضعنا لاصقا على اللبنات الملساء؟ وهذا ما تقوم الصناعة بانتظاره. تتنظر الكيميائيين ليصمموا سطوح ملساء جديدة مع زيادة قوة الالتصاق المتأصلة لبعض هذه الأسلاك النحاسية. وعندما نحل هذه المشكلة، وسوف نحلها، وسنعمل مع فيزيائيين ومهندسين لحل جميع التحديات التي تواجه الـ 5G، حسنًا حينها عدد التطبيقات سيرتفع بشكل هستيري. إذًا، سيصبح لدينا أشياء مثل: سيارات قيادة ذاتية، بسبب أن شبكات معلوماتنا الآن يمكنها أن تتعامل مع السرعة وكمية المعلومات المطلوبة لجعلها تعمل. ولكن لنبدأ باستخدام مخيلتنا. يمكنني أن أتخيل نفسي ذاهبة لمطعم مع صديق لديه حساسية للفستق، أخرج هاتفي، ألوح به فوق الطعام ويقوم الطعام بإخبارنا جواب مهم جدًا لسؤال... هل تناوله آمن أم مميت؟ أو من المحتمل أن أجهزتنا ستصبح جيدة جدًا بالتعامل مع المعلومات الخاصة بنا، بحيث تصبح مثل مدربنا الخاص بنا. وتصبح تعلم الطريقة المثلى الخاصة بنا لحرق السعرات الحرارية. أعلم بأنه بإقبال نوفمبر، وعندما أحاول أن أتخلص من باوندات الحمل هذه، سأحب أن يكون هنالك جهاز قادرًا أن يقول لي كيف يمكن فعل هذا. لا أعلم حقًا طريقة أخرى لقولها، سوى أن الكيمياء رائعة حقًا. وقادرة على جعل كل هذه الأجهزة فعالة. إذًا المرة القادمة التي ترسل رسالة أو تلتقط سيلفي، فكر بكل هذه الذرات التي تجتهد في عملها والاختراع الذي أتى عن طريقها. من يعلم، ربما بعضكم الذي يستمع لهذه المحادثة، ومن المحتمل أيضًا على هواتفكم، سيقررون أنك أنت أيضا تلعب دور الصاحب للكابتن الكيمياء، البطل الحقيقي للأجهزة الالكترونية. شكرًا جزيلًا لإنصاتكم، وشكرًا للكيمياء. (تصفيق)