Így működnek valójában a mobilok

Elgondolkodtak valaha azon, hogyan működnek az okostelefonjaik? Vegyenek részt egy, az atomi szintre vezető utazásban a tudós Cathy Mulzerrel, aki megmutatja, hogy nagy teljesítményű készülékük szinte minden eleme a kémiának köszönhetően létezik – és nem a szilícium-völgybeli vállalkozóknak, akikre legtöbben gondolnak. "A kémia az elektronikus kommunikáció hőse", állítja Cathy Mulzer.

Amikor az új Nokiámmal
kisasszéztam a gimiből,

arra gondoltam, ez a régi,
rózsaszín, hercegnős

walkie-talkie-m új, legmenőbb utódja.

Azzal a különbséggel, hogy bárhol jártunk
is, beszélni tudtunk a barátaimmal,

és írni egymásnak ahelyett,

hogy tettettük volna,

mint mikor gyerekként körbe-körbe
rohangáltunk egymás hátsó udvarában.

Nos, őszinte leszek.

Akkoriban nem gondolkodtam rajta,
hogyan készültek ezek az eszközök.

Általában karácsony reggel tűntek fel,

így lehet, hogy a manók gyártották
őket a Télapó műhelyében.

Hadd kérdezzek valamit:

mit gondolnak, kik valójában a manók,
akik e készülékeket gyártják?

Sok ismerősöm, ha őket kérdezem,
azt feleli:

kapucnis pulcsis,
kódfarigcsáló szoftvermérnökök

a Szilícium-völgyben.

Ám sok minden történik e készülékekkel,

mielőtt bármiféle kóddal
kapcsolatba kerülnének.

A történetük atomi szinten indul.

Ha engem kérdeznek,

a kémikusok az igazi manók.

Igen, így van, kémikusokat mondtam.

A kémia az elektronikus kommunikáció hőse.

A célom, hogy erről ma

önöket is meggyőzzem.

Kezdjük valami egyszerűvel,

és nézzünk bele e hihetetlenül erős
függőséget okozó eszköz belsejébe.

Kémia nélkül ugyanis

az az információs szupersztráda,
amiért úgy odavagyunk,

nem lenne több, mint egy drága,
csillogó papírnehezék.

A többletet a kémia adja hozzá.

Kezdjük a kijelzővel.

Önök szerint mitől lesznek
ezek a szép, élénk színek,

amiket mind annyira imádunk?

Nos, elárulom.

A kijelzőbe ágyazott műanyagtól,

amely áramot felvéve kék, piros
és zöld színeket hoz létre,

melyeket élvezhetünk a képeinken.

Mi a helyzet az akkumulátorral?

Nos, nagy erővel folynak a kutatások.

Hogyan párosíthatnánk a hagyományos
elemek kémiai működési alapelveit

új, nagy fajlagos felületű elektródákkal,

hogy így több töltést zsúfolhassunk
kisebb helyre, amely garantálja

készülékeink egész
napos töltöttségét anélkül,

hogy töltenünk kellene az akksit

vagy a konnektor foglyai lennénk,

miközben szelfiket lövünk?

Aztán itt van a ragasztó,
ami összetartja a készüléket,

hogy bírja az állandó használatot.

Végül is, az Y-generáció tagjaként,

legalább kétszázszor kell elővegyem
a mobilomat naponta, hogy ránézzek,

s közben két-háromszor el is ejtem.

De mi a mobilok igazi agya?

Mitől működnek úgy, hogy imádjuk őket?

Nos, elektronikai alkatrészektől
és áramköröktől,

amelyek mind egy
nyomtatott áramköri (NYÁK) lapra,

vagy ha jobban tetszik:

alaplapra vannak bekötve.

Na most, a NYÁK lapról
nem szokott sok szó esni.

Őszinte leszek: fogalmam sincs, miért nem.

Talán, mert ez a legkevésbé szexi
alkotóelem,

amely az összes, szintén csillivilli
alkotóelem alatt rejtőzik.

Ám itt az idő, hogy ez a Clark
Kenthez hasonló elem megkapja

a jól megérdemelt,
szuperhősnek kijáró dicséretet.

Felteszek hát egy kérdést.

Mit gondolnak, mi a NYÁK lap?

Vegyünk egy hasonlatot!

Képzeljék el a várost, amiben élnek.

Vannak helyek, ahova el akarnak jutni:

az otthonuk, a munkahelyük, éttermek,

háztömbönként pár Starbucks.

Utakat építünk, hogy összekössük ezeket.

Ez a NYÁK lap.

Kivéve, hogy itt éttermek helyett

áramkörök találhatóak tranzisztorokkal,

kondenzátorokkal,

ellenállásokkal, mindenféle
elektronikai elemekkel,

melyeknek kapcsolatokra van szükségük,
hogy beszélhessenek egymással.

Mik tehát ezek a kapcsolatok?

Vékony rézszálak.

A következő kérdés:

hogyan készülnek e vékony rézszálak?

Tényleg nagyon aprók.

Lehet, hogy bemegyünk a barkácsboltba,

fogunk egy tekercs rézdrótot,

egy kábelvágót, egy kis csitt-csatt,

feldaraboljuk, aztán, bumm,
megvan a nyomtatott áramkörünk?

Természetesen nem.

Ezek a rézszálak túl kicsik az ilyesmihez.

Így csak barátunkra,
a kémiára számíthatunk.

Látszólag egyszerű az a kémiai folyamat,

mellyel e vékony
rézvezetékeket előállítják.

Pozitív töltésű rézgolyókat tartalmazó

oldattal kezdjük.

Hozzáadunk egy szigetelő
nyomtatott áramkört.

A pozitív töltésű rézgolyókat

negatív töltésű elektronokkal
tápláljuk úgy,

hogy formaldehidet adagolunk az elegyhez.

Biztos emlékeznek a formaldehidre.

Igazán jellegzetes szag,

a bioszórán békákat tartósítottunk benne.

Nos, kiderült, ennél többre is alkalmas.

Tényleg kulcsfontosságú szerepet tölt be

e vékony rézhuzalok készítésekor.

Látják, az elektronokat hajtja valami
a formaldehiden.

Rá akarnak ugrani a pozitív
töltésű rézgolyókra.

Mindez a redoxi folyamat miatt van így.

Mikor ez bekövetkezik,

vehetjük e pozitív töltésű rézgolyókat,

s átalakíthatjuk őket fényes,

csillogó, fémes és vezetőképes rézzé.

Amint van vezetőképes rezünk,

el is értük, amit akartunk.

Elérhetjük, hogy ezek
az elektronikai komponensek

kommunikáljanak egymással.

Köszi még egyszer, kémia.

Most pedig gondoljuk át,

milyen messzire jutottunk
a kémia segítségével.

Az elektronikus kommunikációban

egyértelműen számít a méret.

Gondoljuk át, mi kell hozzá,
hogy a készülékünket

az 1990-es Zack Morris-féle mobilból

valami karcsúbbá alakítsuk,

mint a mai, zsebben is elférő mobilok.

Bár, ha a tényeknél maradunk,

a nők nadrágzsebében semmi nem fér el,

már ha találunk olyan
nadrágot, aminek van zsebe.

(Nevetés)

Szerintem ezen a kémia sem tud segíteni.

Úgy hiszem, a készülék méretének
csökkentésénél fontosabb az,

hogyan csökkentjük
az áramköreinek méretét,

százszor kisebbre,

hogy így az áramkör
többé ne mikrométerben,

hanem nanométerben legyen mérhető.

Mert, nézzünk szembe vele,

ma semmi mást nem akarunk,
csak erősebb és gyorsabb telefonokat.

Nos, több erő és gyorsaság
több áramkört igényel.

Hogyan tudjuk ezt megcsinálni?

Nincs mágikus, elektromágneses
zsugorító gépünk, mint amilyennel

Szalinski professzor a "Drágám,
a kölykök összementek!"-ben

lekicsinyítette a gyerekeit.

Természetesen véletlenül.

Vagy mégis van ilyesmink?

Nos, valójában a szakmában
létezik egy,

a filmbelihez igen hasonlatos folyamat.

Úgy hívják, fotolitográfia.

A fotolitográfiában
elektromágneses sugárzást,

vagy ahogy mi hívjuk: fényt

használunk pár áramkör lekicsinyítésére,

hogy igazán kis helyre tudjunk
belőlük még többet bezsúfolni.

Hogyan működik ez?

Egy olyan alaplemezzel kezdjük,

amelyen fényérzékeny filmréteg található.

Maszkot alakítunk ki rajta,
melynek tetején finom vonalak

és alakzatok mintázata látható,

ezek működtetik majd a telefont
úgy, ahogy mi szeretnénk.

Éles fénynek tesszük ki, mely
ezen a maszkon átvilágítva

a felületre vetíti a mintázat árnyékát.

Ahol a fény átjut a maszkon,

ott kémiai reakció megy végbe.

Az pedig a mintázatot beégeti a lemezbe.

Valószínűleg most azt kérdik,

hogyan jutunk el egy beégetett képtől

tiszta vonalakhoz és alakzatokhoz?

Újból egy kémiai megoldáshoz nyúlunk,

az előhívószerhez.

Az előhívószer különleges anyag.

Fogja a fénynek nem kitett területeket,

eltávolítja azokat,

így tiszta, finom vonalakat
és alakzatokat hagy maga után,

és lehetővé teszi miniatürizált
készülékünk működését.

Most is a kémiát használtuk
a telefonunk megalkotásában,

s akkor is erre támaszkodtunk,
mikor a méretet csökkentettük.

Talán már meggyőztem önöket,
hogy az igazi hős a kémia,

s itt akár be is fejezhetnénk.

(Taps)

Álljunk csak meg, még nem végeztünk.

Ne ilyen gyorsan.

Emberek vagyunk.

Én pedig emberként mindig többet akarok.

Most azt akarom átgondolni,

a kémia hogyan hozhatna ki
még többet egy készülékből.

Mostanában az úgynevezett 5G-t,

a beígért vezeték nélküli net
ötödik generációját akarjuk.

Hirdetésekben talán
már hallottak az 5G-ről,

hogy kezd megjelenni.

Talán páran már próbálták is

a 2018-as téli olimpián.

Amiért engem igazán lázba hoz az 5G,

hogy mikor késésben vagyok, rohanok
otthonról, hogy elérjem a gépem,

a készülékemre 40 másodperc
alatt tudok filmet letölteni

a korábbi 40 perccel ellentétben.

Amint az igazi 5G megérkezik,

sokkal többet jelent majd,

mint hogy hány filmet
tudunk a mobilunkra tenni.

A kérdés az, miért nincs
még itt az igazi 5G.

Elárulok önöknek egy kis titkot.

A válasz elég könnyű:

Mert egyszerűen nehéz megcsinálni.

Tudják, ha olyan hagyományos
anyagokat használunk

az 5G-s készülékek építéséhez,

mint a réz, a jel képtelen célba érni.

Hagyományosan igen érdes felületű
szigetelő rétegeket alkalmazunk,

hogy a rézszálakat rögzítsük.

Gondoljanak a tépőzárra.

A két fél azért tapad össze,
mert a felületek érdesek.

Ez meglehetősen fontos,
ha az után is használnánk

a készüléket, mint hogy

kikapjuk a dobozából,

és elkezdünk rá appokat telepíteni.

Ám ez az érdesség problémát is jelent.

Tudják, az 5G sebességével

a jelnek el kell haladnia
az érdes felület közelében,

ami miatt a jel elveszik,
mielőtt célba érne.

Képzeljenek el egy hegyláncot

bonyolult, összevissza
kanyargó úthálózattal,

amin megpróbálnak átjutni a túloldalra.

Egyetértenek abban,

hogy valószínűleg soká tartana,

és valószínűleg el is tévednének,

ha fel-le kell menniük ahelyett,

hogy egyszerűen csak
fúrnának egy alagutat,

amelyen egyenesen átmehetnek?

Nos, az 5G-s mobillal ugyanez a helyzet.

Ha megszabadulhatnánk az érdességtől,

az 5G jel egyenesen,

zavartalanul haladhatna.

Jól hangzik, nem?

De ácsi!

Nem említettem,
hogy ez az érdesség azért kell,

hogy ne essen szét a mobil?

Ha pedig megszüntetjük, az eredmény:

a réz nem tapad rá az alaplemezre.

Képzeljenek el egy legóházat,

azzal a rengeteg szöglettel és
réssel, amelyek összeilleszkednek,

szemben az építőkockák simaságával.

Melyik szerkezet fog jobban ellenállni,

ha egy két éves kisgyerek,
Godzillát utánozva

átviharzik a szobán, s mindent felborogat?

És ha összeragasztjuk
a sima építőkockákat?

Nos, az iparág erre vár.

Arra vár, hogy a kémikusok
alkossanak néhány új,

nagyobb adhéziós erővel bíró felületet

ezekhez a rézhuzalokhoz.

Ha ezt a problémát megoldjuk,

és meg fogjuk oldani,

fizikusokkal és mérnökökkel karöltve

küzdjük le az 5G jelentette kihívásokat,

nos, akkor az alkalmazások
száma az egekbe szökne.

Ó, igen, lesznek önvezető autóink,

mert az adathálózataink
képesek lesznek kezelni

azt a sebességet és információhalmazt,
amely a működésükhöz szükséges.

Használjuk a fantáziánkat!

El tudom képzelni, hogy bemegyek egy
étterembe egy mogyoróallergiás baráttal,

előveszem a mobilomat,

elhúzom az étel fölött,

s az étel maga ad

igen fontos választ a kérdésünkre:

biztonságos vagy halálos-e elfogyasztani?

Vagy lehet, hogy olyan jók
lesznek a készülékeink

az adataink feldolgozásában,

hogy olyanok lehetnek,
mint a személyi edzőink.

Tudni fogják, hogyan égethetünk
kalóriát a leghatékonyabban.

Tudom, hogy novemberben,

amikor próbálok pár, a terhesség
alatt felszedett kilótól megszabadulni,

imádnék egy készüléket,
ami megmondja, hogyan.

Nincs rá jobb szó, hogy elmondjam:

a kémia egyszerűen menő.

Általa létezhetnek mindezek
az elektronikus készülékek.

Így ha legközelebb üzenetet
küldenek vagy lőnek egy szelfit,

jusson eszükbe az a sok,
keményen dolgozó atom,

és az újítások,
amelyek ezt lehetővé tették.

Ki tudja,

talán önök közül páran,
akik ezt az előadást hallgatják,

talán épp a mobiljukon, úgy döntenek,

szeretnének Kémia kapitány,

az elektronikus készülékek

igazi hősének jobbkeze lenni.

Köszönöm a figyelmüket,

és köszönöm neked is, kémia!

(Taps)