-
Title:
Jak działają smartfony
-
Description:
Zastanawialiście się kiedyś, jak działają smartfony? Naukowczyni Cathy Mulzer zdradzi wam, jak na poziomie atomowym niemal każdy element naszych urządzeń istnieje dzięki chemikom, a nie przedsiębiorcom z Doliny Krzemowej, którym zwykle to przypisujemy. Jak mówi: „to chemia jest prawdziwym bohaterem komunikacji elektronicznej”.
-
Speaker:
Cathy Mulzer
-
Gdy wparowałam do liceum z nową Nokią,
-
uważałam ją po prostu
za nowy, fajniejszy zamiennik
-
starego różowego
walkie-talkie w księżniczki.
-
Tyle że teraz można było
gadać ze znajomymi
-
w dowolnym miejscu,
-
zamiast udawać,
-
jak podczas biegania razem na dworze.
-
Szczerze mówiąc,
-
nie myślałam wtedy o tym,
jak te urządzenia powstają.
-
Zwykle pojawiały się pod choinką,
-
więc pewnie zrobiły je elfy,
pomocnicy Świętego Mikołaja.
-
-
Kim są prawdziwe elfy
tworzące te urządzenia?
-
Wiele znajomych odpowiada,
-
że to ci zakapturzeni programiści
z Doliny Krzemowej,
-
którzy trzepią kody na potęgę.
-
Ale zanim można zacząć myśleć o kodach,
-
trzeba przejść wiele innych etapów.
-
Praca nad takim urządzeniem
zaczyna się na poziomie atomowym.
-
Dlatego ja odpowiedziałabym,
-
że prawdziwymi elfami są chemicy.
-
Właśnie tak, chemicy.
-
Chemia stanowi podstawę
komunikacji elektronicznej.
-
Chciałabym was dzisiaj
-
przekonać do tej opinii.
-
Zacznijmy od czegoś prostego
¶
-
i zajrzyjmy do wnętrza
tych niezwykle uzależniających urządzeń.
-
Gdyby nie chemia,
-
cała ta infostrada, którą uwielbiamy,
-
byłaby bardzo drogim,
lśniącym przyciskiem do papieru.
-
Chemia uaktywnia wszystkie warstwy.
-
Zacznijmy od wyświetlacza.
-
Co sprawia, że widzimy jasne, żywe kolory,
-
które tak uwielbiamy?
-
Już wam mówię.
-
Do wyświetlacza wbudowane są
polimery organiczne,
-
które zamieniają energię elektryczną
na niebieski, czerwony i zielony,
-
które widzimy na zdjęciach.
-
-
W tej kwestii prowadzone są
intensywne badania.
-
Jak połączyć związki chemiczne
tradycyjnych baterii
-
z nowymi elektrodami na dużej powierzchni,
-
aby mimo niewielkiej przestrzeni
urządzenie miało dużą ładowność,
-
dając zasilanie na cały dzień
-
robienia sobie selfie
-
bez konieczności ładowania baterii
-
albo uwięzienia przy kontakcie?
-
Co, jeśli skupimy się na substancji
trzymającej to wszystko razem,
¶
-
która mogłaby sprostać
częstotliwości użytkowania?
-
Przecież jako milenials
-
muszę sprawdzić telefon
jakieś 200 razy dziennie,
-
a przy okazji upuścić go
ze dwa czy trzy razy.
-
Co jest mózgiem tych urządzeń?
¶
-
Co sprawia, że działają tak, jak lubimy?
-
To dzięki elementom elektronicznym
i zespołom obwodów,
-
które przytwierdzone są
do płytki drukowanej.
-
A jeśli wolicie metaforę biologiczną:
-
płyty głównej,
o której pewnie słyszeliście.
-
Niewiele mówi się o płytce drukowanej.
-
Szczerze mówiąc, nie wiem dlaczego.
-
Może nie jest wystarczająco atrakcyjna,
-
i chowa się pod pozostałymi
atrakcyjnymi warstwami.
-
Ale może czas najwyższy,
żeby, niczym Clark Kent,
-
warstwa ta otrzymała
zasłużoną uwagę godną Supermana.
-
-
Co to jest płytka drukowana?
-
Pomyślcie o metaforze.
-
Pomyślcie o mieście, w którym mieszkacie.
-
Jest kilka miejsc,
do których chcecie się dostać:
-
dom, miejsce pracy, restauracje,
-
kilka Starbucksów na każdym rogu.
-
Budujemy drogi, które połączą te miejsca.
-
Tym właśnie jest płytka drukowana.
-
Ale zamiast restauracji,
-
są tranzystory na chipach,
-
kondensatory, oporniki
-
i inne elementy elektroniczne,
-
które muszą się w jakiś sposób porozumieć.
-
Jakie są nasze ścieżki?
-
Budujemy maleńkie przewody miedziane.
-
-
jak stworzyć takie przewody?
-
Są naprawdę małe.
-
Czy wystarczy pójść do sklepu,
-
wziąć rolkę przewodu miedzianego,
-
cęgi do cięcia drutu, zaciski,
-
złożyć wszystko razem i bum,
płytka drukowana gotowa?
-
Nic z tego.
-
Te przewody są zdecydowanie za małe.
-
Musimy tu polegać
na naszym przyjacielu - chemii.
-
Proces chemiczny wytwarzania
tych maleńkich przewodów miedzianych
¶
-
wydaje się dość prosty.
-
Zaczynamy od roztworu
-
dodatnio naładowanych miedzianych kul.
-
Dodajemy izolującą płytkę drukowaną
-
i łączymy te dodatnio naładowane kule
-
z ujemnie naładowanymi elektronami
-
przez dodanie aldehydu mrówkowego.
-
Może go kojarzycie.
-
Ma bardzo wyrazisty zapach
-
i używa się go do konserwowania
żab na lekcji biologii.
-
Okazuje się, że ma
o wiele więcej właściwości.
-
Jest to główny element
-
niezbędny do wytworzenia
maleńkich przewodów miedzianych.
-
Elektrony poruszają się
na aldehydzie mrówkowym.
-
Chcą przedostać się
-
do dodatnio naładowanych miedzianych kul.
-
Dzieje się tak dzięki procesowi
zwanemu reakcją redoks.
-
Podczas tego procesu
-
dodatnio naładowane miedziane kule
-
można zamienić na jasną,
-
lśniącą, metaliczną i przewodzącą miedź.
-
Po otrzymaniu przewodzącej miedzi
-
reszta pójdzie jak z płatka.
-
Sprawiamy, że wszystkie
elementy elektroniczne
-
porozumiewają się ze sobą.
-
Jeszcze raz, dziękuję, chemio.
-
Zastanówmy się, jak daleko zaszliśmy
¶
-
dzięki chemii.
-
Szczególnie w komunikacji elektronicznej
-
rozmiar ma znaczenie.
-
Zastanówmy się,
jak zmniejszyć urządzenia,
-
żeby zamiast topornej komórki z lat 90.
-
mieć coś smuklejszego,
-
jak dzisiejsze telefony,
które mieszczą się w kieszeni.
-
Chociaż, nie oszukujmy się:
-
zupełnie nic nie mieści się
w kieszeniach damskich spodni,
-
zakładając, że w ogóle
znajdziesz takie z kieszeniami.
-
-
Chemia raczej nie pomoże nam
rozwiązać tego problemu.
¶
-
Ważniejsza od zmniejszenia
samego urządzenia
-
jest metoda zmniejszenia
zespołu obwodów w środku,
-
i to o 100 razy,
-
żeby były nie w skali mikro,
-
a w skali nanometrycznej.
-
Nie ma co się oszukiwać,
-
wszyscy chcemy wydajniejszych
i szybszych telefonów.
-
Większa wydajność i szybkość
wymaga większej liczby zespołów obwodów.
-
-
Przecież nie mamy magicznego,
elektromagnetycznego promienia
-
jak Wayne Szalinski z filmu
"Kochanie, zmniejszyłem dzieciaki",
-
którym zmniejszył swoje dzieci.
-
Oczywiście przez przypadek.
-
A może mamy?
-
W tej dziedzinie
-
znany jest proces
o podobnych właściwościach.
-
Nazywa się on fotolitografia.
-
Polega on na wykorzystaniu
promieniowania elektromagnetycznego,
-
potocznie nazywanego światłem,
-
w celu zmniejszenia zespołu obwodów,
-
żeby dało się zmieścić ich jak najwięcej
na bardzo małej przestrzeni.
-
-
Zaczynamy od podłoża
-
pokrytego fotorezystem.
-
Przykrywamy go fotomaską
-
pokrytą liniami i kształtami,
-
które sprawią, że telefon
będzie działał tak, jak chcemy.
-
Gdy naświetlimy tę maskę jasnym światłem,
-
powstanie cień wzoru na powierzchni.
-
Wszędzie, gdzie światło
przedostanie się przez maskę,
-
zajdzie reakcja chemiczna.
-
Na podłożu wypali się obraz tego wzoru.
-
Pewnie zastanawiacie się,
¶
-
jak przejść z odtworzonego wzoru
-
do czystych, cienkich linii i kształtów.
-
Trzeba do tego wykorzystać
roztwór chemiczny
-
zwany wywoływaczem.
-
Wywoływacz jest wyjątkowy.
-
Potrafi wykryć i usunąć
-
wszystkie nienaświetlone obszary,
-
pozostawiając jedynie
czyste, cienkie linie i kształty,
-
dzięki czemu
miniurządzenia zaczną działać.
-
Wykorzystaliśmy chemię
do tworzenia urządzeń
¶
-
i do zmniejszania urządzeń.
-
Pewnie już was przekonałam,
że chemia jest prawdziwym bohaterem
-
i moglibyśmy na tym skończyć.
-
-
Ale to jeszcze nie koniec.
¶
-
Nie tak szybko.
-
Wszyscy jesteśmy ludźmi.
-
A jako ludzie, zawsze chcemy więcej.
-
Zastanówmy się, jak wykorzystać chemię,
-
żeby wycisnąć z urządzeń jeszcze więcej.
-
Obecnie podobno chcemy tak zwanego 5G,
¶
-
czy też obiecanej
piątej generacji bezprzewodowości.
-
Pewnie słyszeliście o 5G
-
w reklamach, które zaczynają się pojawiać.
-
A może ktoś miał okazję je wypróbować
-
podczas zimowych
Igrzysk Olimpijskich w 2018 roku.
-
W 5G najbardziej podoba mi się to,
-
że gdy spóźniona pędzę na samolot,
-
filmy pobiorę w 40 sekund,
-
a nie 40 minut.
-
Gdy w końcu pojawi się prawdziwe 5G,
-
zmieni się zdecydowanie więcej
-
niż ilość załadowanych filmów.
-
Dlaczego więc 5G jeszcze nie ma?
¶
-
Zdradzę wam tajemnicę.
-
Odpowiedź jest dość prosta.
-
Po prostu trudno je stworzyć.
-
Jeśli użyto miedzi
i standardowych materiałów
-
do budowy urządzeń 5G,
-
sygnał nie może dotrzeć do celu.
-
Tradycyjnie stosuje się
¶
-
bardzo chropowatą warstwę izolacyjną
do podtrzymywania miedzianych przewodów.
-
Wyobraźcie sobie rzepy.
-
To chropowatość trzyma razem
dwa kawałki materiału.
-
To dość istotne, jeśli chcemy urządzenia,
-
które wytrzyma dłużej
-
niż przez czas potrzebny do rozpakowania
-
i zainstalowania wszystkich aplikacji.
-
Jednak chropowatość powoduje problem.
¶
-
Przy wysokiej prędkości 5G
-
sygnał musi przemieszczać się
w pobliżu tej chropowatości,
-
przez co gubi się, zanim dotrze do celu.
-
Pomyślcie o paśmie górskim,
-
które przecina skomplikowany system dróg,
-
a wy próbujecie przedostać się
na drugą stronę.
-
Nie sądzicie,
-
że zajęłoby to mnóstwo czasu
-
i zapewne byście się zgubili,
-
gdyby trzeba było
pokonać każdą górę osobno,
-
zamiast po prostu przejechać przez tunel,
-
który biegnie prosto na drugą stronę?
-
To samo dzieje się w urządzeniach 5G.
-
Gdyby dało się usunąć tę chropowatość,
-
to można by wysłać sygnał 5G
-
prosto i bez przeszkód.
-
Brzmi nieźle, prawda?
-
-
Czy nie powiedziałam,
że chropowatość jest potrzebna
-
do utrzymania elementów razem?
-
Jeśli ją usuniemy, okaże się, że miedź
-
nie będzie trzymała się podłoża.
-
Pomyślcie o budowaniu domu z klocków Lego
-
i wszystkich wypukłościach,
które się zatrzaskują,
-
w przeciwieństwie do gładkich klocków.
-
Które z nich będą miały
lepszą integralność strukturalną,
-
gdy do pokoju wparuje
dwulatek udający Godzillę
-
i powali wszystko na swojej drodze?
-
A co, jeśli skleimy te gładkie klocki?
-
Na to czeka ten przemysł.
-
Czekają, aż chemicy zaprojektują
nowe, gładkie powierzchnie
-
o zwiększonej, integralnej przyczepności
-
z niektórymi miedzianymi przewodami.
-
Gdy rozwiążemy ten problem,
¶
-
a tak się stanie,
-
będziemy współpracować
z fizykami i inżynierami,
-
żeby rozwiązać wszystkie wyzwania 5G,
-
wtedy liczba aplikacji pójdzie w górę.
-
Będziemy mieli samochody bezzałogowe,
-
bo obecna sieć danych
może podołać prędkościom
-
i liczbie informacji
niezbędnych do jego funkcjonowania.
-
Użyjmy wyobraźni.
-
Już widzę, jak będąc w restauracji
z przyjacielem, uczulonym na orzechy,
-
wyciągam telefon,
-
skanuję nim jedzenie,
-
a to jedzenie daje nam
-
odpowiedź na bardzo istotne pytanie:
-
zabójcze czy bezpieczne do zjedzenia?
-
A może nasze urządzenia będą
-
tak sprawnie przetwarzać o nas informacje,
-
że będą niczym trenerzy personalni.
-
Doradzą najlepszy sposób
na spalenie kalorii.
-
Szczególnie w listopadzie,
-
gdy będę zrzucać pociążowe kilogramy,
-
chciałabym mieć urządzenie,
które powie mi, jak to zrobić.
-
-
chemia po prostu jest świetna.
-
To dzięki niej działają
wszystkie urządzenia elektroniczne.
-
Przy następnym wysyłaniu wiadomości
albo cykaniu selfie
-
pomyślcie o tych wszystkich
ciężko pracujących atomach
-
i innowacyjności, na której stoją.
-
Kto wie,
-
może ktoś z was na sali
-
albo z widzów oglądających to na komórce
-
postanowi zostać pomocnikiem
-
kapitana Chemii,
-
prawdziwego bohatera
urządzeń elektronicznych.
-
-
Dziękuję, chemio.
-