Come funzionano veramente gli smartphone

Vi siete mai chiesti come funzionino gli smartphone? La scienziata Cathy Mulzer vi guiderà in un viaggio fino al livello atomico, rivelando come quasi tutti i componenti dei potentissimi dispositivi esiste grazie ai chimici-- e non grazie agli imprenditori della Silicon Valley come invece crede la maggior parte delle persone. Come dice lei: "La chimica è l'eroina delle comunicazioni elettroniche".

Quando iniziai il liceo
con il mio nuovo telefono Nokia,

pensavo di avere il nuovissimo
e più bel rimpiazzo

del mio vecchio walkie-talkie rosa
da principessa.

Però, ora io e i miei amici potevamo
mandarci messaggini o parlarci

ovunque fossimo,

invece di fare finta,

quando scorrazzavamo
tra i nostri giardini.

Ora, sarò onesta.

Al tempo, non pensavo molto a come
erano fatti questi dispositivi.

Apparivano il giorno di Natale,

forse li facevano gli elfi
nel laboratorio di Babbo Natale.

Ho una domanda per voi.

Chi credete siano i veri elfi
che creano questi dispositivi?

Se lo chiedessi a molte
persone che conosco,

direbbero che sono gli ingegneri in felpa
della Silicon Valley

che lavorano alla programmazione.

Ma questi dispositivi
richiedono molto lavoro

prima che siano pronti
per qualsiasi programma.

Questi dispositivi cominciano
a livello atomico.

Se lo chiedete a me,

i chimici sono i veri folletti.

Esatto, ho detto l chimici,

La chimica è la vera eroina delle
comunicazioni elettroniche.

E il mio scopo oggi è quello
di convincervi

ad essere d'accordo con me.

Ok, partiamo da qualcosa di semplice,

e guardiamo dentro a questi dispositivi
che creano così tanta dipendenza.

Perché senza la chimica,

la superstrada delle informazioni
che tanto amiamo

sarebbe soltanto uno scintillante
e costoso fermacarte.

La chimica fa funzionare
tutti questi strati.

Iniziamo dallo schermo.

Come credete che si ottengano
quei colori così vividi e brillanti

che amiamo così tanto?

Beh, ve lo dico io.

All'interno dello schermo
ci sono polimeri organici

che trasformano l'elettricità
nei colori blu, rosso e verde

che ci piace vedere nelle nostre foto.

E se passassimo alla batteria?

Qui sì che c'è una bella ricerca.

Come prendere i principi chimici
delle batterie tradizionali

e metterli insieme ai nuovi
elettrodi di superficie,

così da includere più carica
in uno spazio più piccolo,

per poter dare energia
ai dispositivi tutto il giorno,

mentre ci facciamo i selfie,

senza dover ricaricare le batterie

o star seduti attaccati
a una presa elettrica?

E se parlassimo degli adesivi
che tengono tutto insieme,

così che possono resistere all'uso
frequente che ne facciamo?

Dopotutto, da millennial,

devo tirar fuori il mio telefono almeno
200 volte al giorno per controllarlo,

e nel farlo, lo faccio cadere
due o tre volte.

Ma quali sono i veri cervelli
di questi dispositivi?

Cosa li fa funzionare nel modo
che ci piace così tanto?

Beh, questo ha a che fare con i
componenti elettrici e i circuiti

che sono stampati
nella scheda elettronica.

O forse preferite una metafora biologica--

la scheda madre,
forse ne avete sentito parlare.

Invece, non si parla molto
del circuito stampato.

E sinceramente, non so perché.

Forse perché è lo strato meno sexy

ed è nascosto sotto tutti
gli altri bellissimi strati.

Ma è arrivato il momento
di dare a questo componente Clark Kent

il merito da Superman che si merita.

E quindi vi faccio una domanda.

Che cosa pensate sia
il circuito stampato?

Prendete una metafora.

Pensate alla città in cui vivete.

Ci sono tutti questi luoghi
di interesse che volete raggiungere:

casa vostra, dove lavorate, i ristoranti,

un paio di Starbucks in ogni isolato.

E così costruiamo strade
che li connettono tutti.

Ecco cosa è il circuito stampato.

Solo che, invece di avere cose
come ristoranti,

abbiamo transistor sopra dei chip,

condensatori, resistenze,

tutti questi componenti elettrici

che devono trovare il modo
di comunicare fra di loro.

E quali sono le nostre strade?

Costruiamo dei piccolissimi
cavi di rame.

La domanda successiva è,

come facciamo questi piccoli cavi di rame?

Sono davvero piccoli.

Andiamo dal ferramenta,

prendiamo una bobina di filo di rame,

una tronchesina, tagliamo un po',

cuciamo tutto insieme e poi, sbam!
Abbiamo il nostro circuito stampato?

Assolutamente no.

Questi cavi sono troppo piccoli per farlo.

Così, dobbiamo affidarci
alla nostra amica: la chimica.

Ora, il processo chimico per creare
questi piccolissimi cavi in rame

è apparentemente semplice.

Iniziamo con una soluzione

di sfere di rame a carica positiva.

Poi aggiungiamo
un circuito stampato isolato.

E alimentiamo le sfere di carica positiva

con degli elettroni di carica negativa

aggiungendo formaldeide alla miscela.

Vi ricordate la formaldeide.

Dall'odore tipico,

usato per conservare le rane
nelle lezioni di biologia.

Sembra che possa fare molto più di quello.

Ed è un vero componente chiave

nella produzione dei cavi di rame sottili.

Gli elettroni sulla formaldeide
hanno un istinto.

Vogliono passare alle sfere in rame
caricate positivamente.

E tutto a causa di un processo
chiamato ossidoriduzione.

E quando questo avviene,

possiamo prendere queste
sfere di rame a carica positiva

e trasformarle in brillante

lucente, rame metallico e conduttivo.

E una volta ottenuto rame conduttivo,

siamo a un buon punto.

E facciamo comunicare
quei componenti elettrici

fra di loro.

Quindi, di nuovo grazie alla chimica.

Fermiamoci un momento

a pensare quanto siamo
arrivati lontano con la chimica.

Chiaramente, nelle comunicazioni
elettroniche,

la dimensione conta.

Quindi, pensiamo a come possiamo
rimpicciolire i nostri dispositivi,

così da poter passare dal cellulare
Zack Morris degli anni 90

a qualcosa di più elegante,

come i telefoni di oggi che possono
stare in una tasca.

Siamo realistici però:

niente può veramente entrare nelle
tasche dei pantaloni da donna,

se si riesce a trovare un
paio di pantaloni con le tasche.

(Risate)

E non credo che la chimica possa
aiutarci con questo problema.

Ma più che rimpicciolire il dispositivo,

è come rimpiccioliamo
il circuito al suo interno

e rimpicciolirlo di 100 volte,

così da portare il circuito da micrometri

fino ai nanometri?

Perché, diciamolo,

ora, ciò che vogliamo sono telefoni
più potenti e più veloci.

Per maggiore potenza e velocità
occorre più circuiteria.

Quindi, come lo facciamo?

Non abbiamo il raggio magico
elettromagnetico che rimpicciolisce,

come il Prof. Wayne Szalinski in
"Tesoro mi si sono ristretti i ragazzi"

per rimpicciolire i suoi bambini.

Per sbaglio ovviamente.

Oppure lo abbiamo?

Beh, in realtà, in questo campo,

c'è una procedimento
che è molto simile a quello.

E si chiama fotolitografia.

Nella fotolitografia, prendiamo
la radiazione elettromagnetica,

o quello che noi chiamiamo luce,

e la usiamo per rimpicciolire
parte del circuito,

così che potremmo inserirne di più
in uno spazio veramente piccolo.

Ora, come funziona?

Iniziamo da un substrato

con una pellicola sensibile alla luce.

Poi lo copriamo con una maschera
sulle quali sono diesegnate

linee sottili e le caratteristiche

che faranno funzionare il telefono
nel modo in cui vogliamo.

Poi lo esponiamo a luce intensa
che facciamo passare dalla maschera

e questo crea un'ombra di
disegno sulla superficie.

Da qualsiasi punto la luce passi
attraverso la maschera,

causerà una reazione chimica.

E brucerà l'immagine
dello schema sul substrato.

La domanda che vi state forse chiedendo è:

come si passa da un'immagine impressa

alle linee sottili e pulite
e alle caratteristiche?

E per questo, dobbiamo usare
una soluzione chimica

chiamata sviluppatore.

Ora, lo sviluppatore è speciale.

Può prendere tutte le aree non esposte

e rimuoverle in modo selettivo,

lasciando delle linee
sottili pulite e le caratteristiche

e far funzionare
il nostro dispositivo miniaturizzato.

Quindi, abbiamo usato la chimica
per costruire i dispositivi

e l'abbiamo usata per rimpicciolirli.

Quindi forse vi ho convinto
che la chimica è la vera eroina

e che potremmo anche finirla qui.

(Applausi)

Un momento, non abbiamo finito.

Non così presto.

Perché siamo tutti essere umani.

E come essere umano, voglio di più.

E così ora voglio pensare
a come usare la chimica

per ottenere ancora
di più dal dispositivo.

Ora ci viene detto che quello che
vogliamo è qualcosa che si chiama 5G,

o la promessa quinta
generazione wireless.

Ora, potreste aver sentito del 5G

nelle pubblicità che cominciano a uscire,

O forse qualcuno di voi l'ha già usata

durante le olimpiadi invernali del 2018.

Quello che mi entusiasma di più del 5G

è che, quando sono in ritardo, uscendo
di corsa di casa per prendere un volo,

posso scaricare dei film
sul dispositivo in 40 secondi

invece di 40 minuti.

Ma una volta che avremo il vero 5G,

sarà molto di più
dello scaricare quanti più film

possiamo mettere sul dispositivo.

Quindi la domanda è,
perché non abbiamo ancora il 5G?

E vi dirò un piccolo segreto.

La risposta è piuttosto facile.

È molto difficile da fare.

Vedete, se usate i materiali
tradizionali e il rame

per costruire dispositivi 5G,

il segnale non riuscirà
a raggiungere la sua destinazione.

Nel metodo tradizionale,
usiamo degli strati isolanti molto ruvidi

per supportare i fili di rame.

Pensate alle chiusure di velcro.

È la ruvidità dei due pezzi
che li fa stare insieme.

Questo è molto importante
se volete avere un dispositivo

che duri più a lungo

di quanto ci vuole a scartarlo

e a installarci tutte le applicazioni.

Ma questa ruvidità causa un problema.

Vedete, alla velocità per il 5G

il segnale deve viaggiare vicino
a quella ruvidità.

E questo fa si che si perda prima
di raggiungere la sua destinazione finale.

Pensate ad una catena montuosa.

Con un sistema complesso
di strade che vanno su e giù

e voi cercate di arrivare
dall'altra parte.

Non credete anche voi

che probabilmente ci vorrà
tantissimo tempo

e che probabilmente vi perderete,

se doveste andare su e giù
per tutte le montagne,

invece di scavare un tunnel piatto

che può andarci direttamente attraverso?

È la stessa cosa con i dispositivi 5G.

Se potessimo rimuovere questa ruvidità,

allora potremmo mandare il segnale 5G

direttamente senza interruzioni.

Sembra bello vero?

Ma, un attimo.

Non ho detto che abbiamo
bisogno della ruvidità

per tenere insieme il dispositivo?

E se lo rimuovessimo, il rame

non si attaccherebbe più
al substrato sottostante.

Pensate a costruire una casa
con pezzi di Lego,

con i recessi e fessure
che si attaccano insieme,

invece di mattoncini lisci.

Quale dei due avrà
più integrità strutturale

quando un bambino di due anni
ci passerà vicino muovendosi velocemente,

facendo finta di essere Godzilla
e buttando giù tutto?

Ma se mettessimo della colla
su quei mattoncini lisci?

Ed è questo che l'industria
sta aspettando.

Aspetta che i chimici
progettino delle superfici nuove e lisce

con maggiore adesione intrinseca

per alcuni di questi cavi di rame

E quando risolveremo il problema,

e lo risolveremo,

e lavoreremo con i fisici e gli ingegneri

per risolvere tutte le sfide del 5G,

allora il numero di applicazioni
andrà alle stelle.

Quindi, sì, avremmo cose come auto
che guidano da sole,

perché le nostre reti di dati potranno
gestire la velocità

e la quantità di informazione necessaria
per farle funzionare.

Ma cominciamo a usare l'immaginazione.

Immaginiamo di andare al ristorante con
un amico che è allergico alle noccioline,

prendere il telefono,

muoverlo sopra il cibo

e farci dare dal cibo

una risposta veramente importante
a una domanda--

mortale o sicuro da mangiare?

O forse i dispositivi saranno così bravi

a processare le informazioni su di noi,

da diventare come i nostri
personal trainer.

E conosceranno il modo più efficiente
per farci bruciare le calorie.

So che a Novembre,

quando proverò a perdere
un po' del peso della gravidanza,

mi piacerebbe avere un dispositivo
che mi dica come farlo.

Non so come altro dirlo,

tranne che la chimica è forte.

E fa funzionare tutti questi
dispositivi elettronici.

Quindi, la prossima volta
che mandate un sms o vi fate un selfie,

pensate a tutti gli atomi
che stanno lavorando sodo

e le innovazioni che ci sono state
prima di loro.

Chissà,

forse alcuni di voi che state ascoltando,

forse anche dai vostri cellulari,

decideranno che anche voi
vorrete fare da spalla

a Capitan Chimica,

la vera eroina
dei dispositivi elettronici.

Grazie per la vostra attenzione

e grazie alla chimica.

(Applausi)