German subtitles

← Wie Smartphones wirklich funktionieren

Get Embed Code
26 Languages

Showing Revision 11 created 05/29/2020 by Sonja Maria Neef.

  1. Als ich mit meinem neuen Nokia
    in die Schule tänzelte,
  2. dachte ich, ich habe
    den besten neuen Ersatz
  3. für meinen alten rosanen
    Prinzesinnen Walkie-Talkie.
  4. Jetzt konnte ich mit meinen
    Freunden schreiben und reden,
  5. egal wo wir sind,
  6. anstatt nur so zu tun,
  7. während wir durch
    unsere Hinterhöfe rennen.
  8. Ich will nicht lügen.
  9. Damals habe ich nicht
    viel darüber nachgedacht,
  10. wie diese Geräte gemacht werden.
  11. Sie tauchten oft am Weihnachtsmorgen auf,
  12. also vielleicht haben sie
    die Weihnachtselfen
  13. in der Nikolauswerkstatt gemacht.
  14. Ich möchte Ihnen eine Frage stellen.

  15. Wer, glauben Sie, sind die wahren Elfen,
  16. die diese Geräte machen?
  17. Die meisten Leute, die ich kenne,
  18. denken an Computeringenieure
    in Sillicon Valley,
  19. die im Kaputzenpulli vor sich hin coden.
  20. Aber viel muss
    mit diesen Geräten passieren,
  21. bevor sie bereit
    für jegliche Art von Code sind.
  22. Diese Geräte beginnen
    auf der atomaren Ebene.
  23. Wenn Sie mich fragen,
  24. die wahren Elfen sind die Chemiker.
  25. Ja, ich habe Chemiker gesagt.
  26. Chemie ist die Heldin
    elektronischer Kommunikation.
  27. Und mein Ziel heute ist,
    Sie zu überzeugen,
  28. mir hierin zuzustimmen.
  29. Okay, wollen wir einfach anfangen.

  30. Werfen wir einen Blick in diese
    so süchtig machenden Geräte.
  31. Denn ohne Chemie,
  32. wäre diese Informationsautobahn,
    die wir so lieben,
  33. nicht anderes als ein überteuerter
    glänzender Briefbeschwerer.
  34. Chemie macht alle
    diese Schichten erst möglich.
  35. Fangen wir mit dem Display an.
  36. Woher, glauben Sie, kommen
    die hellen, lebendingen Farben,
  37. die wir so lieben?
  38. Ich sage es Ihnen.
  39. Durch organische Polymere,
    die im Display eingebaut sind,
  40. die Elektrizität in das blau,
    rot und grün verwandeln können,
  41. das uns in unseren Bildern Freude macht.
  42. Wie sieht es mit der Batterie aus?

  43. Hierzu wird intensiv geforscht.
  44. Wie nutzen wir die chemischen
    Grundlagen traditioneller Batterien,
  45. und kombinieren sie mit neuen,
    breitflächigen Elektroden,
  46. sodass mehr Ladung
    in einen kleineren Raum passt,
  47. damit unsere Geräte
    den ganzen Tag Strom haben,
  48. während wir Selfies machen,
  49. ohne die Batterien aufladen zu müssen,
  50. oder an der Steckdose
    festgekettet zu sein.
  51. Was ist mit den Klebemitteln,
    die alles zusammenhalten,

  52. sodass es unserer ständigen
    Nutzung stand hält?
  53. Schließlich muss ich als Millenial
  54. mindestens 200 mal am Tag,
    auf mein Mobiltelefon schauen,
  55. und lasse es dabei
    bestimmt zwei bis dreimal fallen.
  56. Aber was ist das wahre
    Gehirn dieser Geräte?

  57. Wodurch funktionieren sie so,
    wie wir sie lieben?
  58. Das liegt alles an elektrischen
    Komponenten und Schaltkreisen,
  59. die an einer Leiterplatte befestigt sind.
  60. Oder vielleicht bevorzugen Sie
    eine biologische Metapher,
  61. das Motherboard, das haben Sie
    vielleicht schon gehört.
  62. Über die Leiterplatten
    wird nicht viel gesprochen.
  63. Um ehrlich zu sein, weiß ich nicht wieso.
  64. Es ist wohl die am wenigsten
    attraktive Schicht,
  65. versteckt hinter
    all den glänzenden Schichten.
  66. Aber es wird Zeit
    dieser Clark Kent Schicht,
  67. endlich das Superman-würdige
    Lob zu geben, das sie verdient.
  68. Also frage ich Sie:

  69. Was glauben Sie ist eine Leiterplatte?
  70. Versuchen Sie es mit dieser Metapher.
  71. Denken Sie an die Stadt,
    in der Sie wohnen.
  72. Da sind all diese Knotenpunkte,
    zu denen Sie gelangen möchten:
  73. Ihr Zuhause, Ihre Arbeit, Restaurants,
  74. und ein paar Starbucks an jeder Ecke.
  75. Also bauen wir Straßen,
    um sie alle zu verbinden.
  76. Das sind die Leiterplatten.
  77. Nur, anstelle von Dingen wie Restaurants,
  78. haben wir Transistoren auf Elektrochips,
  79. Kondensatoren und Widerstandskörper,
  80. alle diese elektronischen Komponenten,
  81. die einen Weg finden müssen,
    miteinander zu sprechen.
  82. Also, was sind unsere Straßen?
  83. Nun, wir bauen winzige Kupferdrähte.
  84. Also ist die nächste Frage:

  85. Wie machen wir
    diese winzigen Kupferdrähte?
  86. Sie sind wirklich winzig.
  87. Können wir einfach in den Baumarkt gehen,
  88. eine Spule Kupferdraht kaufen,
  89. und dazu einen Drahtschneider,
    ein bisschen schnipp-schnapp,
  90. wir schneiden alles zusammen
    und dann, bam --
  91. schon haben wir unsere Leiterplatte?
  92. Auf keinen Fall.
  93. Die Drähte sind dafür viel zu klein.
  94. Wir müssen uns auf unsere
    Freundin verlassen: Die Chemie.
  95. Der chemische Prozess,

  96. der winzige Kupferdrähte
    ermöglicht, scheint einfach.
  97. Wir beginnen mit einer Lösung
  98. aus positiv gelandenen Kupferkugeln.
  99. Wir geben eine isolierende
    Leiterplatte hinzu,
  100. und füttern diesen
    positiv gelandenen Kugeln,
  101. negativ geladene Elektronen,
  102. indem wir Formaldehyd dazugeben.
  103. Vielleicht erinnern Sie sich
    an Formaldehyd.
  104. Es hat einen ganz besonderern Geruch.
  105. Es wird im Biologieunterricht genutzt,
    um Frösche zu konservieren.
  106. Tatsächlich kann es noch viel mehr.
  107. Es ist wirklich der Schlüsselkomponent,
  108. um diese winzigen Kupferdrähte zu machen.
  109. Sehen Sie, die Elektroden
    im Formalaldehyd sind unruhig.
  110. Sie wollen rüber zu den
    positiv gelandenen Kupferdrähten.
  111. Schuld ist ein Prozess,
    den wir Redoxchemie nennen.
  112. Und wenn das passiert,
  113. können wir diese
    postiv geladenen Kupferdrähte
  114. in helles, glänzendes, metallisches und
    leitendes Kupfer verwandeln.
  115. Sobald wir leitendes Kupfer haben,
  116. kommen wir der Sache endlich näher!
  117. Nun können wir all die
    elektrischen Komponenten,
  118. miteinander reden lassen.
  119. Also, noch einmal: Danke, Chemie!
  120. Denken wir mal darüber nach,

  121. wie weit wir mit Chemie gekommen sind.
  122. Natürlich kommt es
    in elektronischer Kommunikation
  123. auf die Größe an.
  124. Jetzt überlegen Sie mal, wie klein
    unsere Geräte geworden sind,
  125. sodass wir vom 1990ger
    Zack Morris Mobiltelefon,
  126. zu etwas ein wenig eleganterem kommen,
  127. wie den Smartphones von heute,
    die in unsere Hosentasche passen.
  128. Obwohl, seien wir ehrlich:
  129. Überhaupt nichts passt in
    Frauenhosentaschen,
  130. wenn man überhaupt mal eine
    Hose mit Hosentaschen findet.
  131. (Gelächter).

  132. Und ich glaube, da kann Chemie
    auch nicht helfen.

  133. Aber noch wichtiger als
    das Gerät selbst zu verkleinern,
  134. wie verkleinern wir
    die Schaltkreise darin,
  135. und das mehr als um ein 100faches,
  136. sodass wir die Schaltkreise von Mikrometer
  137. auf Nanometer Maßstab
    herunterbrechen können.
  138. Denn, seien wir ehrlich,
  139. wir wollen alle leistungsfähigere
    und schnellere Handys.
  140. Mehr Leistung und Geschwindigkeit,
  141. braucht mehr Schaltkreise.
  142. Also, wie machen wir das?

  143. Wir haben ja keinen magischen
    Elektromagnetenverkleinerungslaser
  144. wie der mit dem Prof. Wayne Szalinski
  145. in "Liebling, ich habe
    die Kinder geschrumpft.",
  146. die Kinder schrumpft.
  147. Unabsichtlich, natürlich.
  148. Oder doch?
  149. Im Feld gibt es tatsächlich
  150. einen Prozess der sehr ähnlich ist.
  151. Er nennt sich Photolithographie.
  152. In Photolithographie nehmen wir
    elektromagnetische Strahlung,
  153. auch Licht genannt,
  154. und nutzen es um Schaltkreise
    zu verkleinern,
  155. sodass mehr davon weniger Platz braucht.
  156. Wie funktioniert das?

  157. Wir beginnen mit einer Basisplatte,
  158. mit einem lichtempfindlichen Überzug.
  159. Darauf kommt eine Maske mit einem Muster
  160. aus feinen Linien und Merkmalen,
  161. durch die das Smartphone funktioniert,
  162. wie wir es möchten.
  163. Wir lassen dann ein helles Licht
    durch die Maske scheinen.
  164. Das zeichnet das Muster als
    Schatten auf der Oberfläche ab.
  165. Überall wo das Licht
    durch die Maske kommt,
  166. löst es eine chemische Reaktion aus.
  167. Das brennt ein Abbild
    des Musters in die Basisplatte.
  168. Nun fragen Sie sich wahrscheinlich:

  169. Wie kommen wir
    von einem eingebrannten Bild,
  170. zu sauberen feinen Linien und Merkmalen.
  171. Hierfür benötigen wir
    eine chemische Lösung,
  172. die sich Entwicklerlösung nennt.
  173. Die Entwicklerlösung ist
    etwas ganz besonderes.
  174. Sie kann alle lichtverdeckten
    Bereiche nehmen,
  175. sie selektiv entfernen,
  176. und lässt dann nur saubere
    feine Linien zurück,
  177. die unsere Miniaturgeräte
    funktionieren lassen.
  178. Also, wir haben Chemie verwendet
    um unsere Geräte zu bauen,

  179. und um sie zu verkleinern.
  180. Ich habe Sie wohl überzeugt, dass
    Chemie hier die wahre Heldin ist
  181. und damit könnten wir Schluss machen.
  182. (Applaus)

  183. Moment, wir sind noch nicht fertig.

  184. Nicht so schnell.
  185. Denn wir sind ja alle Menschen.
  186. Und als Mensch will ich immer noch mehr.
  187. Also will ich jetzt nachdenken,
    wie wir Chemie nutzen können,
  188. um noch mehr aus einem
    Gerät herauszuholen.
  189. Zur Zeit wird uns gesagt,
    das wir etwas namens 5G wollen,

  190. die versprochene 5.Generation
    drahtloser Kommunikation.
  191. Vielleicht haben Sie von 5G gehört,
  192. so langsam taucht es in Werbespots auf.
  193. Oder vielleicht haben manche
    es sogar miterlebt,
  194. zum Beispiel auf der 2018 Winterolympiade.
  195. Was ich an 5G am aufregendsten finde,
  196. wenn ich spät dran bin,
  197. wenn ich aus dem Haus renne,
    um einen Flug zu kriegen,
  198. dann kann ich in 40 Sekunden
    einen Film auf mein Gerät laden,
  199. anstelle von 40 MInuten.
  200. Aber wenn 5G mal so richtig da ist,
  201. wird es noch viel mehr sein als nur,
  202. wie viele Filme ich
    auf mein Gerät laden kann.
  203. Also stellt sich die Frage,
    warum ist 5G noch nicht richtig da?

  204. Da verrate ich Ihnen
    ein kleines Geheimnis,
  205. die Frage ist ziemlich
    einfach zu beantworten.
  206. 5G ist einfach unglaublich
    schwer zu entwickeln.
  207. Wenn Sie die traditionellen
    Materialien und Kupfer benutzen,
  208. um 5G Geräte zu machen,
  209. kommt das Signal
    nicht an seinem Ziel an.
  210. Traditionell benutzen wir
    sehr raue Isolierschichten,

  211. um die Kupferdrähte zu stützen.
  212. Denken Sie an Klettverschlüsse.
  213. Es ist die Rauheit der beiden Teile,
    die sie zusammenhängen lassen.
  214. Das ist sehr wichtig für ein Gerät,
  215. das länger halten sollte,
  216. als Sie dafür brauchen,
    es aus dem Karton zu reißen,
  217. und alle Apps darauf zu installieren.
  218. Aber diese Rauheit ist problematisch.

  219. Sehen Sie, mit 5G Geschwindigkeit,
  220. muss sich das Signal
    nahe an dieser Rauheit bewegen.
  221. Und deshalb geht es verloren,
    bevor es sein Ziel erreicht.
  222. Denken Sie an eine Bergkette,
  223. und ein kompliziertes
    Straßensystem, das darüber führt,
  224. und sie versuchen,
    auf die andere Seite zu kommen.
  225. Stimmen Sie mir zu,
  226. das das wahrscheinlich
    sehr lange dauern würde,
  227. und Sie sich wahrscheinlich
    verirren würden,
  228. wenn Sie diese ganzen Berge
    hoch und runter müssten?
  229. Anstelle dessen,
    wie wäre es mit einem Tunnel,
  230. der direkt durch die Bergkette geht?
  231. Nun, mit 5G Geräten ist es das gleiche.
  232. Wenn wir diese Rauheit entfernen könnten,
  233. könnten wir 5G Signale direkt senden.
  234. Ununtebrochen.
  235. Klingt gut, oder?
  236. Aber Moment,

  237. habe ich nicht gerade gesagt,
    wir brauchen die Rauheit,
  238. dass unser Gerät stabil bleibt?
  239. Und wenn wir sie entfernen,
    haben wir das Problem,
  240. dass das Kupfer nicht mehr
    an der Basisplatte haftet.
  241. Stellen Sie sich vor,
    Sie bauen ein Legohaus,
  242. mit all den Noppen, die zusammenpassen.
  243. Im Gegensatz zu glatten Bauklötzen.
  244. Welche Option wird standfester sein,
  245. wenn ein ein zweijähriges Kind
    durch Ihr Wohnzimmer stürmt,
  246. und beim Gorillaspiel
    versucht alles umzureißen.
  247. Aber was, wenn wir zu diesen
    glatten Bausteinen Kleber geben?
  248. Und darauf wartet die Industrie.
  249. Sie wartet, dass Chemiker neue
    glatte Oberflächen entwickeln,
  250. an denen die Kupferdrähte
    verstärkt von alleine festkleben.
  251. Wenn wir dieses Problem lösen,

  252. und wir werden es lösen,
  253. und wir arbeiten mit Physikern
    und Ingenieuren zusammen,
  254. um alle Herausforderungen
    bezüglich 5G zu lösen,
  255. dann wird es unzählige
    neue Anwendungen geben.
  256. Also ja, wir werden Dinge
    wie selbstfahrende Autos haben,
  257. denn nun können unsere Datennetzwerke
  258. mit der Geschwindigkeit und
    Informationsmenge mithalten,
  259. die dafür benötigt wird.
  260. Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt.
  261. Ich stelle mir vor,
    mit einer Freundin essen zu gehen,
  262. die eine Erdnussalergie hat.
  263. Ich nehme mein Handy heraus,
  264. halte es über das Essen,
  265. und das Essen kann uns eine
    sehr wichtige Frage beantworten:
  266. tötlich oder essbar?
  267. Oder vielleicht werden
    unsere Geräte so gut darin,
  268. Informationen über uns zu verarbeiten,
  269. dass sie wie persönliche Trainer werden,
  270. da sie wissen, wie wir am
    effizientesten Kalorien verbrennen.
  271. Im November gehe ich
    an diese Schwangerschaftspfunde.
  272. Dann hätte ich gerne ein Gerät,
    das mir sagt, wie das geht.
  273. Ich kann es wirklich
    nicht anders ausdrücken:

  274. Chemie ist einfach cool.
  275. Und sie macht alle unsere
    elektronischen Geräte möglich.
  276. Also nächstes Mal,
  277. wenn Sie eine Nachricht senden
    oder ein Selfie machen,
  278. denken Sie an die harte Arbeit
    all dieser Atome,
  279. und die Innovation, die vor ihnen kam.
  280. Wer weiß,
  281. vielleicht werden einige von Ihnen,
    die diesen Vortrag hören,
  282. sich sogar auf Ihrem Handy
  283. dazu entscheiden,
    der Chemie näherzukommen.
  284. Denn Sie ist die wahre Heldin
    elektronischer Geräte.
  285. Danke für Ihre Aufmerksamkeit,

  286. und danke Chemie.
  287. (Applaus)