Return to Video

Как на самом деле устроены смартфоны

  • 0:01 - 0:05
    Когда я перешла в старшие классы,
    у меня появился новый телефон Nokia
  • 0:05 - 0:08
    и я подумала: «Вот новая крутая замена
  • 0:08 - 0:11
    моей старенькой переносной рации
    девчачьей розовой расцветки,
  • 0:11 - 0:15
    и теперь я и мои друзья
    можем писать или звонить друг другу,
  • 0:15 - 0:16
    где бы мы ни находились,
  • 0:16 - 0:17
    вместо того,
  • 0:17 - 0:20
    чтобы делать это понарошку,
    бегая на заднем дворе».
  • 0:20 - 0:22
    Скажу честно.
  • 0:22 - 0:26
    Тогда я мало задумывалась о том,
    как были сделаны эти устройства.
  • 0:26 - 0:29
    Обычно они появлялись
    в Рождественское утро,
  • 0:29 - 0:32
    так что, возможно, их создавали
    эльфы в мастерской Санты.
  • 0:33 - 0:35
    Позвольте задать вам вопрос.
  • 0:35 - 0:38
    Кто же они, эти эльфы,
    которые делают эти устройства?
  • 0:39 - 0:41
    Мои знакомые ответили бы так:
  • 0:42 - 0:45
    «Наверное, это одетые в толстовки
    инженеры-программисты Кремниевой долины,
  • 0:45 - 0:47
    корпящие над взломом кода».
  • 0:48 - 0:50
    Но прежде чем дело дойдёт до кода,
  • 0:50 - 0:52
    должно произойти ещё многое.
  • 0:52 - 0:56
    Эти устройства начинаются
    на атомном уровне.
  • 0:56 - 0:57
    Лично я считаю,
  • 0:57 - 1:00
    что настоящие эльфы — это химики.
  • 1:01 - 1:03
    Именно так, химики.
  • 1:04 - 1:08
    Химия — главный герой
    электронной коммуникации.
  • 1:08 - 1:11
    И моя цель сегодня — убедить вас
  • 1:11 - 1:12
    со мной согласиться.
  • 1:14 - 1:16
    Давайте начнём с самого простого
  • 1:16 - 1:20
    и заглянем внутрь этих
    притягательных устройств.
  • 1:20 - 1:22
    Потому что без химии,
  • 1:22 - 1:26
    этой информационной магистрали,
    которую мы так обожаем,
  • 1:26 - 1:29
    это было бы просто очень дорогое,
    светящееся пресс-папье.
  • 1:31 - 1:33
    Благодаря химии всё это работает.
  • 1:34 - 1:36
    Давайте начнём с дисплея.
  • 1:36 - 1:39
    Как, по-вашему, мы получаем
    эти яркие и живые цвета,
  • 1:39 - 1:41
    которые нам так нравятся?
  • 1:41 - 1:42
    Сейчас расскажу.
  • 1:42 - 1:45
    Внутрь дисплея встроены
    органические полимеры,
  • 1:45 - 1:49
    которые могут превратить электричество
    в синий, красный и зеленый цвета,
  • 1:50 - 1:52
    которые нам так нравятся на фото.
  • 1:53 - 1:55
    Теперь взглянем на аккумулятор.
  • 1:55 - 1:57
    В основе — серьёзные исследования.
  • 1:57 - 2:01
    Как мы используем химические свойства
    обычных батарей
  • 2:01 - 2:05
    в сочетании с новыми электродами
    с большей площадью поверхности
  • 2:05 - 2:08
    так, что это позволяет нам помещать больше
    заряда в меньшее пространство
  • 2:08 - 2:11
    и целый день тратить заряд
    наших устройств,
  • 2:11 - 2:12
    пока мы делаем селфи,
  • 2:12 - 2:14
    не подзаряжая батареи
  • 2:14 - 2:17
    или не привязывая себя
    к электрической розетке?
  • 2:18 - 2:22
    А что можно сказать о связующих веществах,
    которые это всё скрепляют,
  • 2:22 - 2:25
    чтобы устройство не развалилось
    от частого использования?
  • 2:25 - 2:27
    В конце концов, будучи миллениалом,
  • 2:27 - 2:30
    я вынуждена проверять
    свой телефон раз по 200 за день
  • 2:30 - 2:33
    и из-за этого роняю его по два-три раза.
  • 2:36 - 2:38
    Где же настоящий мозг этих устройств?
  • 2:38 - 2:42
    Что заставляет их работать так,
    как нравится нам?
  • 2:42 - 2:45
    Всё дело в электрических
    элементах и микросхемах,
  • 2:45 - 2:49
    которые привязаны к печатной плате.
  • 2:49 - 2:51
    А может, лучше выразиться
    биологической метафорой:
  • 2:51 - 2:53
    в материнской плате, вы о ней слышали.
  • 2:55 - 2:58
    На самом деле печатная плата —
    это не самое главное.
  • 2:58 - 3:01
    Честно говоря, даже не знаю почему.
  • 3:01 - 3:03
    Возможно, потому что
    это самый невзрачный слой,
  • 3:03 - 3:07
    скрытый под всеми
    остальными глянцевыми слоями.
  • 3:07 - 3:10
    Наконец пришло время
    осыпать слой Кларка Кента,
  • 3:10 - 3:14
    достойной супермена похвалой,
    которую он заслуживает.
  • 3:14 - 3:16
    Хочу задать вам вопрос.
  • 3:16 - 3:18
    Как вы думаете, что такое эта плата?
  • 3:20 - 3:22
    Возьмём метафору.
  • 3:22 - 3:24
    Представьте город, в котором вы живёте.
  • 3:24 - 3:27
    Вот здесь значимые для вас места:
  • 3:27 - 3:30
    дом, ваше место работы, рестораны,
  • 3:30 - 3:32
    парочка «Старбаксов» в каждом квартале.
  • 3:33 - 3:36
    Чтобы их соединить, мы строим дороги.
  • 3:38 - 3:40
    Вот что такое печатная электроплата.
  • 3:40 - 3:43
    Только вместо ресторанов
  • 3:43 - 3:47
    у нас здесь транзисторы на чипах,
  • 3:47 - 3:48
    конденсаторы, резисторы —
  • 3:48 - 3:51
    все эти электрические элементы,
  • 3:51 - 3:54
    которым нужно как-то
    между собой взаимодействовать.
  • 3:54 - 3:56
    А что же такое наши дороги?
  • 3:57 - 3:59
    Это крошечные медные провода.
  • 4:01 - 4:02
    И следующий вопрос:
  • 4:02 - 4:04
    как мы создаём эти
    крошечные медные провода?
  • 4:04 - 4:06
    Они действительно очень маленькие.
  • 4:06 - 4:08
    Не было бы проще пойти
    в магазин «Сделай сам»,
  • 4:08 - 4:10
    купить катушку с медной проволокой,
  • 4:10 - 4:13
    несколько кусачек, маленькую скобу,
  • 4:13 - 4:17
    всё это соединить, а потом — бац —
    вот она, наша печатная плата?
  • 4:18 - 4:19
    Ничего не выйдет!
  • 4:19 - 4:22
    Эти провода слишком малы для этого.
  • 4:22 - 4:25
    И поэтому доверимся нашему другу, химии.
  • 4:27 - 4:30
    Кажется, проще простого
    создать эти крошечные медные провода
  • 4:30 - 4:32
    с помощью химического процесса.
  • 4:32 - 4:34
    Начнём с раствора
  • 4:34 - 4:37
    положительно заряженных медных сфер.
  • 4:37 - 4:42
    Добавляем к ним
    изолирующую печатную плату.
  • 4:42 - 4:45
    Потом разбавим эти
    положительно заряженные сферы
  • 4:45 - 4:47
    отрицательно заряженными электронами,
  • 4:47 - 4:49
    добавив в смесь формальдегид.
  • 4:49 - 4:51
    Возможно, вы знаете, что это такое.
  • 4:51 - 4:53
    Это вещество имеет резкий запах
  • 4:53 - 4:56
    и используется для консервации
    лягушек на уроке биологии.
  • 4:56 - 4:59
    Оказывается, это не единственное
    его применение.
  • 4:59 - 5:01
    По сути, он главный компонент, необходимый
  • 5:01 - 5:03
    для создания этих крошечных
    медных проводков.
  • 5:04 - 5:08
    Дело в том, что у электронов
    на формальдегиде есть моторчик.
  • 5:08 - 5:11
    Они хотят перепрыгнуть позитивно
    заряженные медные сферы.
  • 5:12 - 5:17
    И всё это благодаря процессу под названием
    «окислительно-восстановительный процесс».
  • 5:17 - 5:18
    Когда это происходит,
  • 5:18 - 5:22
    мы берём позитивно заряженные медные сферы
  • 5:22 - 5:24
    и превращаем их в яркую,
  • 5:24 - 5:29
    блестящую, металлическую
    и токопроводящую медь.
  • 5:29 - 5:31
    А получив однажды токопроводящую медь,
  • 5:31 - 5:32
    мы теперь делаем что хотим.
  • 5:32 - 5:35
    И мы можем сделать так,
    что все эти компоненты
  • 5:35 - 5:36
    будут взаимодействовать.
  • 5:36 - 5:38
    И опять скажем спасибо химии.
  • 5:40 - 5:41
    И давайте подумаем,
  • 5:41 - 5:44
    как далеко нас завела химия.
  • 5:46 - 5:48
    Понятно, что в электронных коммуникациях
  • 5:48 - 5:50
    размер имеет значение.
  • 5:50 - 5:53
    Давайте подумаем о том,
    как уменьшить наши устройства,
  • 5:53 - 5:57
    чтобы перейти от «кирпичей» из 90-х
  • 5:57 - 5:59
    к чему-то более элегантному,
  • 5:59 - 6:02
    например, мобильным телефонам,
    которые мы носим в карманах.
  • 6:02 - 6:04
    Однако давайте будем реалистами:
  • 6:04 - 6:07
    абсолютно ничего не влезает
    в карманы женских брюк,
  • 6:07 - 6:10
    если вы вообще видели хотя бы
    пару брюк с карманами.
  • 6:10 - 6:11
    (Смех)
  • 6:11 - 6:15
    И думаю, даже химия нам здесь не поможет.
  • 6:17 - 6:20
    Но для нас важнее
    не уменьшение самого устройства,
  • 6:20 - 6:22
    а схемы внутри него,
  • 6:22 - 6:24
    причём раз этак в сто.
  • 6:24 - 6:28
    То есть как перейти от микронного
  • 6:28 - 6:30
    до нанометрового масштаба?
  • 6:31 - 6:32
    Поскольку, что и говорить,
  • 6:32 - 6:36
    мы все сейчас хотим иметь более
    мощные и быстрые смартфоны.
  • 6:36 - 6:40
    А более мощные и быстрые требуют
    большего количества электросхем.
  • 6:41 - 6:43
    Как же это сделать?
  • 6:43 - 6:47
    Не то что бы у нас есть магический
    электромагнитный луч,
  • 6:47 - 6:50
    как у профессора Вэна Залински,
    который уменьшил своих детей
  • 6:50 - 6:51
    в известном всем фильме.
  • 6:51 - 6:53
    Случайно, конечно.
  • 6:54 - 6:55
    Или всё-таки есть?
  • 6:56 - 6:58
    На самом деле в этой области
  • 6:58 - 7:00
    есть очень похожий процесс.
  • 7:00 - 7:03
    Называется он фотолитография.
  • 7:03 - 7:07
    В фотолитографии мы берём
    электромагнитную радиацию,
  • 7:07 - 7:09
    или то, что мы привычно называем светом,
  • 7:09 - 7:11
    и используем его для уменьшения этих схем,
  • 7:11 - 7:15
    чтобы втиснуть их в действительно
    очень маленькое пространство.
  • 7:18 - 7:19
    Как это всё работает?
  • 7:20 - 7:22
    Начнём с субстрата,
  • 7:22 - 7:25
    на который нанесена
    светочувствительная плёнка.
  • 7:25 - 7:28
    Затем мы покрываем его
    трафаретом со схемой
  • 7:28 - 7:30
    из чётких линий и изображений,
  • 7:30 - 7:34
    которая заставит работать смартфон
    именно так, как нам нужно.
  • 7:34 - 7:38
    Затем мы пропускаем
    яркий свет сквозь трафарет,
  • 7:38 - 7:41
    создавая тень схемы на поверхности.
  • 7:42 - 7:45
    Везде, где свет может
    пройти сквозь трафарет,
  • 7:45 - 7:48
    он провоцирует химическую реакцию,
  • 7:48 - 7:53
    в результате чего изображение
    схемы выжигается на субстрате.
  • 7:53 - 7:55
    Наверняка вы спросите:
  • 7:55 - 7:57
    «Как из выжженого изображения
  • 7:57 - 8:00
    получаются чёткие линии и детали?»
  • 8:00 - 8:02
    На этот вопрос нам ответит
    химический раствор
  • 8:02 - 8:04
    под названием «проявитель».
  • 8:04 - 8:06
    Здесь проявитель необычный.
  • 8:06 - 8:10
    Что он может сделать — это взять
    все неэкспонированные области,
  • 8:10 - 8:12
    выборочно их удалить,
  • 8:12 - 8:15
    оставляя чистые тонкие линии и детали,
  • 8:15 - 8:17
    заставляя наши миниатюрные
    устройства работать.
  • 8:18 - 8:22
    Итак, мы использовали химию,
    чтобы создать наши устройства,
  • 8:22 - 8:25
    а также для того, чтобы их уменьшить.
  • 8:26 - 8:29
    Так что я, наверное, убедила вас,
    что химия — настоящий герой,
  • 8:29 - 8:30
    и мы можем на этом закончить.
  • 8:31 - 8:32
    (Аплодисменты)
  • 8:32 - 8:33
    Подождите, это ещё не всё.
  • 8:33 - 8:35
    Не так быстро.
  • 8:35 - 8:37
    Потому что все мы люди.
  • 8:37 - 8:40
    И как представитель этого рода,
    я всегда хочу большего.
  • 8:40 - 8:42
    И сейчас я хочу понять,
    как использовать химию,
  • 8:42 - 8:44
    чтобы извлечь из смартфона
    как можно больше.
  • 8:46 - 8:50
    Сейчас нам твердят, что нам нужно
    нечто под названием 5G,
  • 8:50 - 8:53
    или обещанное пятое поколение
    беспроводных устройств.
  • 8:53 - 8:56
    Возможно, вы наслышаны о технологии 5G
  • 8:56 - 8:58
    из новой рекламы.
  • 8:59 - 9:01
    Или, возможно, кто-то уже её попробовал
  • 9:01 - 9:03
    во время зимней Олимпиады в 2018 году.
  • 9:04 - 9:06
    Что меня больше всего впечатляет в 5G,
  • 9:06 - 9:10
    так это то, что, когда я опаздываю
    в аэропорт, выбегая из дома,
  • 9:10 - 9:13
    я успеваю загрузить фильмы
    в смартфон за 40 секунд,
  • 9:13 - 9:15
    а не как раньше — за 40 минут.
  • 9:16 - 9:18
    Но как только у нас появится 5G —
  • 9:18 - 9:20
    это не только будет означать,
    что мы загрузим
  • 9:20 - 9:21
    больше фильмов, чем сейчас.
  • 9:22 - 9:25
    Так почему же 5G всё ещё нет?
  • 9:26 - 9:28
    Открою вам маленький секрет.
  • 9:28 - 9:31
    Ответ достаточно прост.
  • 9:31 - 9:33
    Просто его очень сложно создать.
  • 9:34 - 9:37
    То есть, если вы для этой цели
    возьмёте медь
  • 9:37 - 9:39
    и другие привычные материалы,
  • 9:39 - 9:42
    то может случиться так,
    что сигнал не будет достигать цели.
  • 9:44 - 9:48
    Как правило, для поддержки медных проводов
    мы используем очень грубые
  • 9:48 - 9:51
    изоляционные слои.
  • 9:51 - 9:53
    Давайте представим застёжку «липучку».
  • 9:53 - 9:57
    Шероховатая поверхность двух частей
    скрепляет их вместе.
  • 9:58 - 10:01
    Это очень важно, если вы хотите,
    чтобы устройство
  • 10:01 - 10:02
    прослужило вам дольше,
  • 10:02 - 10:04
    чем займёт процесс
    извлечения его из коробки
  • 10:04 - 10:06
    и установки всех ваших приложений.
  • 10:07 - 10:09
    Но эта шероховатость ведёт к проблеме.
  • 10:10 - 10:13
    На высоких скоростях для 5G
  • 10:13 - 10:17
    сигнал должен проходить
    очень близко к этой шероховатости.
  • 10:17 - 10:21
    Как следствие, он может быть потерян
    прежде, чем дойдёт до места назначения.
  • 10:22 - 10:24
    Представьте горный хребет.
  • 10:24 - 10:28
    Перед вами сложная сеть дорог,
    идущая через него вверх,
  • 10:28 - 10:30
    и вам нужно перейти на другую сторону.
  • 10:30 - 10:32
    Согласитесь,
  • 10:32 - 10:35
    что это действительно займёт долгое время
  • 10:35 - 10:37
    и вы, вероятно, потерялись бы,
  • 10:37 - 10:40
    если бы вам пришлось идти
    вверх и вниз по всем горам.
  • 10:40 - 10:42
    Гораздо проще было бы идти напрямую,
  • 10:42 - 10:45
    пробурив для этого туннель?
  • 10:45 - 10:47
    В устройстве 5G почти то же самое.
  • 10:47 - 10:50
    Если бы можно было
    удалить эту шероховатость,
  • 10:50 - 10:52
    мы бы направили 5G-сигнал
  • 10:52 - 10:54
    напрямую, без всяких помех.
  • 10:54 - 10:55
    Звучит неплохо, правда?
  • 10:56 - 10:57
    Но погодите-ка.
  • 10:57 - 11:00
    Разве я вам не говорила о том,
    что эта шероховатость
  • 11:00 - 11:01
    скрепляет устройство?
  • 11:01 - 11:04
    Если её убрать, получится, что медь
  • 11:04 - 11:06
    не приклеится к субстрату.
  • 11:08 - 11:10
    Представьте домик из модулей LEGO,
    с выступами и уголками,
  • 11:10 - 11:15
    которые в отличие от гладких
    строительных кирпичей
  • 11:15 - 11:17
    как бы защёлкиваются на замок.
  • 11:17 - 11:21
    Какой из этих двух типов домов
    уцелеет после того,
  • 11:21 - 11:24
    как ползающий по гостиной двухлетний малыш
  • 11:24 - 11:26
    будет крушить всё это,
    представляя себя Годзиллой?
  • 11:27 - 11:30
    Что, если намазать клеем
    эти ровные кирпичики?
  • 11:31 - 11:34
    Именно этого и ждёт наша индустрия.
  • 11:34 - 11:37
    Они ждут химиков, которые спроектируют
    новую, гладкую поверхность
  • 11:37 - 11:40
    с повышенными адгезивными свойствами,
  • 11:40 - 11:42
    так необходимыми для медных проводов.
  • 11:42 - 11:44
    И когда мы решим эту проблему,
  • 11:44 - 11:46
    а мы её решим,
  • 11:46 - 11:48
    сотрудничая с физиками и инженерами,
  • 11:48 - 11:51
    чтобы решить все задачи и с 5G, —
  • 11:51 - 11:55
    вот тогда количество приложений
    увеличится в разы.
  • 11:55 - 11:58
    У нас появятся такие вещи, как
    автомобили с автоуправлением,
  • 11:58 - 12:01
    потому что теперь сети передачи данных
    смогут справиться со скоростями
  • 12:01 - 12:05
    и тем количеством данных,
    которые необходимы для такой работы.
  • 12:05 - 12:08
    Давайте дадим волю нашей фантазии.
  • 12:08 - 12:12
    Я могу представить, что пойду в ресторан
    с другом, у которого аллергия на арахис,
  • 12:12 - 12:13
    достану свой смартфон,
  • 12:14 - 12:15
    наведу его на блюдо,
  • 12:15 - 12:17
    и блюдо даст нам ответ
  • 12:17 - 12:20
    на действительно важный вопрос:
  • 12:20 - 12:23
    смертельно ли оно
    или безопасно для человека?
  • 12:24 - 12:27
    А может быть, устройства
    научатся так хорошо
  • 12:27 - 12:30
    обрабатывать информацию о нас,
  • 12:30 - 12:33
    что станут нашими личными тренерами
  • 12:33 - 12:36
    и будут знать наиболее
    эффективный способ сжигания калорий.
  • 12:36 - 12:38
    Наступит ноябрь,
  • 12:38 - 12:40
    и я буду сбрасывать накопленный
    за время беременности вес.
  • 12:40 - 12:43
    Как бы я хотела иметь смартфон,
    который дал бы мне совет.
  • 12:45 - 12:47
    Я правда не знаю, как сказать по-другому,
  • 12:47 - 12:49
    но химия — это действительно круто.
  • 12:49 - 12:53
    И именно благодаря ей
    эти устройства работают.
  • 12:53 - 12:57
    Так что в следующий раз, когда будете
    отправлять смс или делать селфи,
  • 12:57 - 13:00
    вспомните те атомы, которые трудятся,
  • 13:00 - 13:02
    и те открытия, которые им предшествовали.
  • 13:03 - 13:04
    Кто знает,
  • 13:04 - 13:07
    вероятно, кто-то из вас,
    слушая моё выступление,
  • 13:07 - 13:09
    возможно, даже на своём смартфоне,
  • 13:09 - 13:11
    решит подружиться и стать напарником
  • 13:11 - 13:12
    Капитана Химия —
  • 13:12 - 13:16
    настоящего героя электронных устройств.
  • 13:16 - 13:18
    Спасибо за внимание
  • 13:18 - 13:20
    и спасибо химии.
  • 13:20 - 13:23
    (Аплодисменты)
Title:
Как на самом деле устроены смартфоны
Speaker:
Кэти Малцер
Description:

Вы когда-нибудь задумывались о том, как работает ваш смартфон? Отправьтесь в путешествие на атомный уровень вместе с исследовательницей Кэти Малцер, которая рассказывает, как почти каждый компонент наших мощных устройств существует благодаря химикам, а не предпринимателям Кремниевой долины, как полагает большинство людей. Как она говорит: «Химия — это герой электронных коммуникаций».

more » « less
Video Language:
English
Team:
TED
Project:
TEDTalks
Duration:
13:36

Russian subtitles

Revisions