Kako pametni telefoni stvarno rade

Jeste li se ikad zapitali kako radi vaš pametni telefon? Krenite na putovanje na atomskoj razini sa znanstvenicom Cathy Mulzer, koja otkriva kako skoro svaka sastavnica naših moćnih uređaja postoji zahvaljujući kemičarima -- a ne poduzetnicima iz Silicijske doline, kako većina ljudi misli. Kako ona kaže: "Kemija je junak elektroničkih komunikacija."

Kad sam odjurila u srednju školu
sa svojim novim Nokia telefonom,

mislila sam da upravo imam
novu, najbolju zamjenu

za svoj stari ružičasti walkie-talkie.

Osim što sada, moji prijatelji i ja
smo mogli slati poruke

ili pričati jedni s drugima

gdje god da smo bili,
umjesto da se pretvaramo,

kao kada smo trčali
po dvorištima jedni od drugih.

Sada ću biti iskrena.

Tada, nisam puno razmišljala
o tome kako su ti uređaji napravljeni.

Obično su se pojavili na Božićno jutro

pa su ih možda napravili vilenjaci
u Djedovoj radionici.

Dopustite mi da vam postavim pitanje.

Što mislite tko su pravi vilenjaci
koji prave ove uređaje?

Ako pitam puno ljudi koje poznajem,

rekli bi da su to softverski inženjeri
iz Silicijske doline

koji nose majice s kapuljačom
i rade na hakiranju koda.

Ali puno toga se mora
dogoditi tim uređajima

prije nego što budu spremni
za bilo koju vrstu koda.

Ovi uređaji počinju na atomskoj razini.

Pa ako mene pitate,

pravi vilenjaci su kemičari.

Tako je, rekla sam kemičari.

Kemija je
junak elektroničkih komunikacija.

I moj današnji cilj je uvjeriti vas

da se složite sa mnom.

OK, počnimo jednostavno

i pogledajmo unutar
ovih suludo ovisnih uređaja.

Jer bez kemije,

koja je autoput informacija koje volimo,

bi bio samo vrlo skupi,
sjajni uteg za papir.

Kemija omogućuje sve ove slojeve.

Krenimo od zaslona.

Što mislite kako dobijemo
one sjajne i živopisne boje

koje toliko volimo?

Dobro, reći ću vam.

Postoje organski polimeri
ugrađeni unutar zaslona,

koji mogu uzeti struju i pretvoriti je
u plavu, crvenu i zelenu

u kojima uživamo na našim slikama.

Što ako se prebacimo na bateriju?

Sada imamo intenzivno istraživanje.

Kako polazimo od
kemijskih načela tradicionalnih baterija

i uparujemo ih
s novim elektrodama, velikih površina,

tako da možemo pohraniti
više naboja u manjem prostoru,

kako bismo mogli napajati
naše uređaje cijeli dan,

dok slikamo selfije,

bez da moramo ponovno
napuniti naše baterije

ili sjediti vezani za električnu utičnicu?

Što ako krenemo na ljepila
koja sve to skupa vežu,

kako bi mogao izdržati
naše često korištenje?

Nakon svega, kao milenijalac,

moram izvaditi svoj telefon barem
200 puta dnevno da ga provjerim,

i u procesu, ispustiti ga dva do tri puta.

Ali koji su pravi mozgovi ovih uređaja?

Što ih pokreće da rade na način
zbog kojih ih toliko volimo?

Pa, sve to ima veze
s električnim sastavnicama i sklopom

koji su vezani na tiskanu ploču sklopa.

Ili možda više volite biološku metaforu --

matična ploča, možda ste čuli za to.

Sada, o tiskanoj pločici sklopa
zapravo se ne govori puno.

I bit ću iskrena, ne znam zašto.

Možda zbog toga jer je najmanje seksi sloj

i skriven je ispod
svih tih ostalih uglađenih slojeva.

Ali vrijeme je da konačno
ovom Clark Kent sloju

damo Superman - vrijednu pohvalu
kakvu zaslužuje.

I zato vam postavljam pitanje.

Što mislite što je tiskana pločica sklopa?

Pa, razmislite o metafori.

Mislite o gradu u kojem živite.

Imate sve ove točke interesa
do kojih želite doći:

vaš dom, vaš posao, restorane,

nekoliko Starbucksa u svakom kvartu.

I tako gradimo ceste koje ih sve povezuju.

To je što znači tiskana pločica sklopa.

Osim što, umjesto imajući stvari
poput restorana,

imamo prijemnike na čipovima,

kondenzatore, otpornike,

sve ove električne sastavnice

koje trebaju naći način
da razgovaraju jedne s drugima.

I tako, što su naše ceste?

Pa, izrađujemo sitne bakrene žice.

Dakle, sljedeće pitanje je,

kako pravimo ove sitne bakrene žice?

Stvarno su malene.

Može li biti da odemo do željezarije,

pokupimo namotaj bakrene žice,

uzmemo neki rezač žice, malo odrežemo,

sve zašijemo i tada, bum --
imamo našu tiskanu ploču sklopa?

Nema šanse.

Te žice su premale za to.

I tako se moramo osloniti
na našeg prijatelja: kemiju.

Sada, kemijski proces izrade
tih sitnih bakrenih žica

naizgled je jednostavan.

Počinjemo s otopinom

pozitivno nabijenih bakrenih kuglica.

Tada je dodajemo na izoliranu
tiskanu matičnu ploču.

I hranimo te pozitivno nabijene kuglice

negativno nabijenim elektronima

dodajući formaldehid u smjesu.

I možda se sjećate formaldehida.

Dosta izraženog mirisa,

korišten za čuvanje žaba
na satu biologije.

Pa ispada da može učiniti
mnogo više od samo toga.

I stvarno je ključna sastavnica

u izradi tih sitnih bakrenih žica.

Vidite, elektroni na formaldehidu
imaju nagon.

Žele skočiti na one
pozitivno nabijene kuglice bakra.

I to je sve zbog procesa
poznatog kao redoks kemija.

I kad se to dogodi,

možemo uzeti ove pozitivno
nabijene kuglice bakra

i pretvoriti ih u svijetli,

sjajni, metalik i provodljiv bakar.

I jednom kada imamo provodljiv bakar,

sada kuhamo na plin.

I možemo omogućiti
da sve te električne sastavnice

razgovaraju jedna s drugom.

Zato još jednom hvala kemiji.

I pomislimo

i razmislimo koliko smo
daleko dogurali s kemijom.

Jasno, u elektronskim komunikacijama,

veličina je bitna.

Pa razmislimo o tome
kako možemo smanjiti naše uređaje,

tako da od našeg Zack Morris mobitela
iz 1990-e možemo doći

do nečega malo elegantnijeg,

kao što su telefoni sadašnjice
koji nam mogu stati u džep.

Iako, budimo realni ovdje:

apsolutno ništa ne može stati
u džepove ženskih hlača,

ako možete naći par hlača
koji ima džepove.

(Smijeh)

I mislim da nam kemija
ne može pomoći s tim problemom.

Ali još važnije
od smanjivanje stvarnog uređaja je

kako smanjiti strujni krug u njemu,

i to, smanjiti ga 100 puta,

tako da strujni krug od mikronske mjere

smanjimo sve do nanometarske mjere?

Jer, suočimo se s tim,

sada svi želimo moćnije i brže telefone.

Pa, više snage i brže zahtijeva
više strujnih krugova.

Dakle, kako ćemo to učiniti?

Nije da imamo neku čarobnu
elektromagnetsku zraku za smanjivanje,

kao što ju je profesor Wayne Szalinski
koristio u "Draga, smanjio sam djecu"

da bi smanjio svoju djecu.

Slučajno, naravno.

Ili imamo?

Pa, zapravo, u tom području

postoji proces
koji je poprilično sličan tome.

I njegovo ime je fotolitografija.

U fotolitografiji,
imamo elektromagnetsko zračenje,

ili ono što obično nazivamo svjetlom,

i koristimo ga za smanjivanje
nekoliko tih strujnih krugova,

kako bismo ih još više
mogli strpati u zaista mali prostor.

Sada, kako ovo funkcionira?

Pa, započinjemo s podlogom

koja na sebi ima
sloj osjetljiv na svjetlo.

Tada je prekrijemo maskom
koja na sebi ima uzorak

finih linija i oznaka

koje će učiniti da telefon
radi na način na koji mi želimo.

Tada izložimo jako svjetlo
i pustimo svjetlost kroz masku,

što stvara sjenu uzorka na površini.

Sada, gdje god svjetlost
može proći kroz masku,

uzrokovat će događanje kemijske reakcije.

I to će spaliti sliku
tog uzorka u podlogu.

Dakle, pitanje koje sada postavljate je,

kako od spaljene slike dolazimo

do čistih finih linija i oznaka?

I za to moramo koristiti kemijsku otopinu

zvanu razvijač.

Sada, razvijač je poseban.

Ono što može učiniti je to
da uzme sva neizložena područja

i selektivno ih ukloni,

ostavljajući za sobom
čiste fine linije i oznake,

i učini da naši minijaturni uređaji rade.

Dakle, sada smo koristili kemiju
da izradimo naše uređaje

i koristili smo je
da smanjimo naše uređaje.

Dakle, vjerojatno sam vas uvjerila
da je kemija pravi junak

i mogli smo završiti tamo.

(Pljesak)

Pričekajte, nismo gotovi.

Ne tako brzo.

Jer smo svi ljudi.

I kao čovjek, uvijek želim više.

I sada želim razmisliti o tome
kako koristiti kemiju

da dobijem više toga iz uređaja.

Upravo sada nam govore
da želimo nešto što se zove 5G,

iliti obećana
peta generacija mobilnih mreža.

Sada, možda ste već čuli za 5G

u reklamama koje se počinju pojavljivati.

Ili su je možda čak neki od vas iskusili

na Zimskim olimpijskim igrama 2018.

Ono što me najviše veseli kod 5G-a

je to, kad kasnim,
trčeći iz kuće da uhvatim avion,

mogu u 40 sekundi preuzeti
filmove na moj uređaj

za razliku od 40 minuta.

Ali jednom kad pravi 5G bude ovdje,

bit će puno više od toga koliko filmova

možemo pohraniti na našem uređaju.

Dakle, pitanje je
zašto pravi 5G nije ovdje?

I odat ću vam malu tajnu.

Prilično je lako odgovoriti.

To je jednostavno teško učiniti.

Vidite, ako koristite
one tradicionalne materijale i bakar

da izradite 5G uređaje,

signal ne može dospjeti
do svog krajnjeg odredišta.

Tradicionalno, koristimo
stvarno grube izolacijske slojeve

koji podupiru bakrene žice.

Razmislite o čičak trakama.

Hrapavost ta dva dijela čine
da se drže zajedno.

To je prilično važno
ako želite imati uređaj

koji će trajati duže

nego što vam je potrebno
da ga istrgate iz kutije

i počnete instalirati
svoje aplikacije na njega.

Ali ta hrapavost uzrokuje problem.

Vidite, pri velikim brzinama kod 5G-a

signal mora putovati blizu te hrapavosti.

I izgubi se prije nego dođe
do krajnjeg odredišta.

Razmislite o planinskom lancu.

Imate složen sustav puteva
koji ide uzbrdo i preko njega,

i pokušavate doći na drugu stranu.

Slažete li se sa mnom

da bi trebalo jako puno vremena,

i vjerojatno biste se izgubili,

da morate ići gore-dolje
preko svih planina,

nasuprot toga da izbušite ravan tunel

koji bi mogao ići skroz ravno?

Pa ista stvar je u našim 5G uređajima.

Ako bismo mogli ukloniti ovu hrapavost,

tada možemo poslati 5G signal

skroz ravno neprekinut.

Zvuči prilično dobro, zar ne?

Ali čekajte.

Nisam li vam upravo rekla
da nam je potrebna ta hrapavost

da drži uređaj na okupu?

Ako je uklonimo,
tada smo u situaciji gdje se bakar

neće lijepiti na tu podlogu.

Razmislite o izgradnji
kuće od Lego kockica,

sa svim tim udubinama i izbočinama
koje se drže zajedno,

u usporedbi s glatkim
građevinskim blokovima.

Koji će od to dvoje imati
veći strukturni integritet

kada dvogodišnjak
proleti kroz dnevni boravak,

igrajući se Godzille i sruši sve okolo?

Ali ako stavimo ljepilo
na te glatke blokove?

I to je ono što industrija čeka.

Čekaju da kemičari osmisle
nove, glatke površine

s povećanom inherentnom adhezijom

za neke od tih bakrenih žica.

I kada riješimo taj problem,

i riješit ćemo taj problem,

i radit ćemo s fizičarima i inženjerima

da riješimo sve izazove 5G-a,

tada će broj aplikacija naglo porasti.

Pa da, imat ćemo stvari
poput samovozećih automobila,

jer će sada naše mreže podataka
moći podnijeti brzine

i količinu informacija
potrebnu da to radi.

Ali počnimo koristiti maštu.

Mogu zamisliti odlazak u restoran
s prijateljem alergičnim na kikiriki,

kako vadim telefon

i mašem njime iznad hrane

i da nam hrana kaže

vrlo važan odgovor na pitanje --

smrtonosno ili sigurno za konzumiranje?

Ili će možda naši uređaji
postati toliko dobri

u obradi informacija o nama,

da će postati poput naših osobnih trenera.

I oni će znati najučinkovitiji način
da bismo sagorjeli kalorije.

Znam da u studenom,

kada ću pokušati sagorjeti
nešto ovih trudničkih kilograma,

htjela bih imati uređaj
koji će mi reći kako to učiniti.

Stvarno ne znam drugi način da to kažem,

osim da je kemija stvarno super.

I osposobljava
sve ove elektroničke uređaje.

Pa idući put kad pošaljete poruku
ili uslikate selfie,

razmislite o svim tim atomima
koji naporno rade

i inovacijama koje su prethodile njima.

Tko zna,

možda čak neki od vas
koji slušaju ovaj govor,

možda čak na svom mobilnom uređaju,

će se odlučiti na igranje pomoćnika

Kapetanu Kemiji,

pravom junaku elektroničkih uređaja.

Hvala vam na pažnji

i hvala kemiji.

(Pljesak)