The incredible chemistry powering your smartphone | Cathy Mulzer

Translator: Ivana Korom Reviewer: Joanna Pietrulewicz

번역: Sukyung Choi 검토: Jihyeon J. Kim

When I waltzed off to high school with my new Nokia phone,

고등학교 시절 새 노키아 핸드폰이 생겼을 때

I thought I just had the new, coolest replacement

분홍색 공주 그림 무전기를 대신할

for my old pink princess walkie-talkie.

새 멋진 핸드폰 정도로만 여겼죠.

Except now, my friends and I could text or talk to each other

핸드폰이 생기고 나서는 어디에 있든지 친구들과

wherever we were,

연락할 수 있었습니다.

instead of pretending,

뒤뜰에서 뛰어다니며

when we were running around each other's backyards.

그렇게 하는 척이 아니라요.

Now, I'll be honest.

솔직히 말해볼게요.

Back then, I didn't think a lot about how these devices were made.

그 당시엔, 이 기기를 어떻게 만드는지 별 관심이 없었습니다.

They tended to show up on Christmas morning,

크리스마스 아침에 선물로 받곤 해서

so maybe they were made by the elves in Santa's workshop.

산타 마을에서 요정들이 만들었다고 생각했죠.

Let me ask you a question.

질문 하나 하겠습니다.

Who do you think the real elves that make these devices are?

이 기기를 만드는 진짜 요정은 누구일까요?

If I ask a lot of the people I know,

주변 사람들에게 물어보면,

they would say it's the hoodie-wearing software engineers in Silicon Valley,

실리콘 밸리에서 코드를 짜는 후드 차림의 소프트웨어 엔지니어라고 할 거예요.

hacking away at code.

But a lot has to happen to these devices

그런데 코드가 작성되기 전에

before they're ready for any kind of code.

이 기기엔 많은 일들이 일어나야 합니다.

These devices start at the atomic level.

이 기기는 원자 단계에서부터 시작합니다.

So if you ask me,

제게 물어보신다면,

the real elves are the chemists.

진짜 요정들은 화학자입니다.

That's right, I said the chemists.

맞아요, 화학자들이에요.

Chemistry is the hero of electronic communications.

화학은 전자 통신의 영웅입니다.

And my goal today is to convince you

그리고 오늘 제 목표는 여러분이 이에 동의하도록

to agree with me.

설득하는 것입니다.

OK, let's start simple,

좋아요, 시작해 봅시다.

and take a look inside these insanely addictive devices.

이 중독성이 강한 기기 내부를 살펴봅시다.

Because without chemistry,

화학이 없다면,

what is an information superhighway that we love,

우리가 좋아하는 초고속 정보 통신망은

would just be a really expensive, shiny paperweight.

정말 비싸고 빛나는 문진에 불과할 것입니다.

Chemistry enables all of these layers.

화학은 이 모든 층이 작동하게 합니다.

Let's start at the display.

디스플레이부터 시작해 봅시다.

How do you think we get those bright, vivid colors

우리가 정말 좋아하는 밝고 선명한 색상은

that we love so much?

어떻게 만들어질까요?

Well, I'll tell you.

제가 알려드릴게요.

There's organic polymers embedded within the display,

디스플레이 안에는 유기 폴리머가 내장되어 있어요.

that can take electricity and turn it into the blue, red and green

유기 폴리머는 전기를 우리가 사진 속에서 즐기는

that we enjoy in our pictures.

파랑, 빨강, 초록으로 바꾸죠.

What if we move down to the battery?

배터리로 내려가 볼까요?

Now there's some intense research.

이 부분은 좀 복잡합니다.

How do we take the chemical principles of traditional batteries

우리는 어떻게 기존 배터리의 화학 원리를

and pair it with new, high surface area electrodes,

새로운 상부 전극과 연결 지을 수 있을까요?

so we can pack more charge in a smaller footprint of space,

그래서 우리가 더 많은 전하를 더 작은 공간에 넣고,

so that we could power our devices all day long,

하루 종일 스마트폰을 사용하도록 말이죠.

while we're taking selfies,

우리가 셀카를 찍는 동안

without having to recharge our batteries

배터리를 재충전하거나

or sit tethered to an electrical outlet?

콘센트에 꽂아두지 않고도요.

What if we go to the adhesives that bind it all together,

자주 사용해도 견딜 수 있도록

so that it could withstand our frequent usage?

모든 부품을 연결해주는 접착제도 있습니다.

After all, as a millennial,

저는 밀레니얼 세대로서

I have to take my phone out at least 200 times a day to check it,

하루에 최소 200번은 스마트폰을 꺼내서 확인하는데

and in the process, drop it two to three times.

그러다가 두세 번 떨어뜨리기도 합니다.

But what are the real brains of these devices?

그런데 이 기기의 진짜 두뇌는 뭘까요?

What makes them work the way that we love them so much?

무엇이 이걸 우리가 좋아하는 방식대로 작동하게 만드는 걸까요?

Well that all has to do with electrical components and circuitry

그 모든 것은 인쇄 회로 기판에 붙어 있는

that are tethered to a printed circuit board.

전기 부품 및 회로와 관련이 있습니다.

Or maybe you prefer a biological metaphor --

생물학적 비유를 선호하신다면

the motherboard, you might have heard of that.

'마더보드'라는 건데, 들어보셨을 거예요.

Now, the printed circuit board doesn't really get talked about a lot.

인쇄 회로 기판은 많이 언급되지 않았는데

And I'll be honest, I don't know why that is.

솔직히 왜 그런지 모르겠어요.

Maybe it's because it's the least sexy layer

가장 덜 흥미로워서일 수도 있고

and it's hidden beneath all of those other sleek-looking layers.

다른 멋져 보이는 층 아래에 숨겨져서 그럴 수도 있죠.

But it's time to finally give this Clark Kent layer

그러나 이 클락 켄트 층이

the Superman-worthy praise it deserves.

사실은 슈퍼맨이라는 것을 알아차리고 칭찬해 줄 시간입니다.

And so I ask you a question.

질문 하나 하겠습니다.

What do you think a printed circuit board is?

인쇄 회로 기판이 뭐라고 생각하시나요?

Well, consider a metaphor.

'마더보드'라는 단어를 떠올려 보세요.

Think about the city that you live in.

살고 계신 도시에 대해 생각해 보세요.

You have all these points of interest that you want to get to:

자주 가는 곳들이 있을 거예요.

your home, your work, restaurants,

여러분의 집, 직장, 식당,

a couple of Starbucks on every block.

거리마다 있는 스타벅스처럼요.

And so we build roads that connect them all together.

그리고 그 장소들을 연결하는 도로가 있습니다.

That's what a printed circuit board is.

그것이 바로 인쇄 회로 기판입니다.

Except, instead of having things like restaurants,

식당 대신에 칩 상의 트렌지스터,

we have transistors on chips,

capacitors, resistors,

콘덴서, 레지스터 같은

all of these electrical components

전기 부품들이 있고

that need to find a way to talk to each other.

이것들을 연결하는 도로가 필요한 것입니다.

And so what are our roads?

그러면 도로는 무엇이죠?

Well, we build tiny copper wires.

아주 작은 구리선을 도로로 사용합니다.

So the next question is,

그럼 다음 질문입니다.

how do we make these tiny copper wires?

이 작은 구리선을 어떻게 만들까요?

They're really small.

구리선은 정말 작습니다.

Could it be that we go to the hardware store,

하드웨어 상점에 가서

pick up a spool of copper wire,

구리선 한 뭉치를 가져와

get some wire cutters, a little clip-clip,

철사 끊는 기구로 싹독 싹독 자르면

saw it all up and then, bam -- we have our printed circuit board?

쿵하고 나서, 인쇄 회로 기판이 생기나요?

No way.

절대 아니죠.

These wires are way too small for that.

이 선들은 그러기엔 너무 작습니다.

And so we have to rely on our friend: chemistry.

그래서 우리는 우리의 친구 화학에 의존해야 합니다.

Now, the chemical process to make these tiny copper wires

이 작은 구리선을 만드는 화학적 과정은

is seemingly simple.

겉보기에는 간단합니다.

We start with a solution

양전하를 띤 구리 이온 수용액으로 시작해 봅시다.

of positively charged copper spheres.

We then add to it an insulating printed circuit board.

다음으로 거기에 절연 인쇄 회로 기판을 넣습니다.

And we feed those positively charged spheres

그리고 양전하를 띤 이온에 음전하를 띠는 전자들을 공급해 줍니다.

negatively charged electrons

by adding formaldehyde to the mix.

포름알데히드를 넣어주는 방법으로요.

So you might remember formaldehyde.

포름알데히드를 기억하실 거예요.

Really distinct odor,

정말 독특한 냄새가 나고

used to preserve frogs in biology class.

생물 수업에서 개구리를 보존하는데 사용하죠.

Well it turns out it can do a lot more than just that.

그런데 그 외에도 다양하게 쓰입니다.

And it's a really key component

그리고 이 작은 구리선을 만드는데

to making these tiny copper wires.

정말 핵심 성분이에요.

You see, the electrons on formaldehyde have a drive.

포름알데히드의 전자는

They want to jump over to those positively charged copper spheres.

양전하를 띤 구리 이온으로 이동하려고 합니다.

And that's all because of a process known as redox chemistry.

이건 모두 산화 환원 반응이라는 과정 때문입니다.

And when that happens,

이 반응이 일어날 때,

we can take these positively charged copper spheres

우리는 이 양전하를 띤 구리 이온을

and turn them into bright,

밝고 빛나는 전도성을 갖는 금속 구리로 석출시킬 수 있습니다.

shiny, metallic and conductive copper.

And once we have conductive copper,

전도성을 가진 구리가 만들어졌으면,

now we're cooking with gas.

다 잘 된 것입니다.

And we can get all of those electrical components

이제 이 모든 전기 부품들이 서로

to talk to each other.

연결될 수 있어요.

So thank you once again to chemistry.

화학에 다시 한번 감사해야겠네요.

And let's take a thought

한번 생각해 봅시다.

and think about how far we've come with chemistry.

우리가 화학과 얼마나 멀리 왔는지 생각해 보세요.

Clearly, in electronic communications,

분명히, 전자 통신에서

size matters.

크기는 중요합니다.

So let's think about how we can shrink down our devices,

기기의 크기를 어떻게 줄일 수 있는지 생각해 봅시다.

so that we can go from our 1990s Zack Morris cell phone

1990년대 잭 모리스 핸드폰에서

to something a little bit more sleek,

좀 더 멋진

like the phones of today that can fit in our pockets.

주머니에 넣을 수 있는 스마트폰으로 진화해 왔죠.

Although, let's be real here:

그런데 현실적으로 보면

absolutely nothing can fit into ladies' pants pockets,

여성 바지 주머니에는 절대 아무 것도 들어가지 않아요.

if you can find a pair of pants that has pockets.

여러분이 주머니가 있는 바지를 찾을 수 있다면요.

(Laughter)

(웃음)

And I don't think chemistry can help us with that problem.

화학이 이 문제를 도와줄 순 없을 겁니다.

But more important than shrinking the actual device,

기기의 크기를 줄이는 것보다 더 중요한 것은

how do we shrink the circuitry inside of it,

그 내부의 회로를 어떻게 줄이는지입니다.

and shrink it by 100 times,

그리고 100배 줄이는 걸 말해요.

so that we can take the circuitry from the micron scale

회로를 미크론 단위에서

all the way down to the nanometer scale?

나노미터 단위로 줄이기 위해서요.

Because, let's face it,

솔직히 말해보죠.

right now we all want more powerful and faster phones.

지금 우리는 모두 더 강력하고 빠른 스마트폰을 원합니다.

Well, more power and faster requires more circuitry.

더 강력하고 빠른 것은 더 많은 회로를 필요로 합니다.

So how do we do this?

이걸 어떻게 할 수 있을까요?

It's not like we have some magic electromagnetic shrink ray,

마법의 전자기 축소 광선 같은 걸 가지고 하는 것이 아닙니다.

like professor Wayne Szalinski used in "Honey, I Shrunk the Kids"

웨인 스잘린스키 교수의 "애들이 줄었어요" 영화에서

to shrink his children.

애들을 줄이는 것처럼요.

On accident, of course.

실수로 말이죠.

Or do we?

이게 가능할까요?

Well, actually, in the field,

실제로 현업에서는 이와 매우 유사한 과정이 있습니다.

there's a process that's pretty similar to that.

And it's name is photolithography.

포토리소그래피라는 것입니다.

In photolithography, we take electromagnetic radiation,

포토리소그래피에서, 우리는 전자기 방사선을 가지고,

or what we tend to call light,

아니면 빛이라고 부르기도 하죠.

and we use it to shrink down some of that circuitry,

빛을 이용하여 회로를 축소시킵니다.

so that we could cram more of it into a really small space.

그래서 더 많은 회로를 작은 공간에 밀어 넣을 수 있습니다.

Now, how does this work?

이 공정에 대해 알아봅시다.

Well, we start with a substrate

먼저 빛에 민감한 필름이 있는

that has a light-sensitive film on it.

기판이 필요합니다.

We then cover it with a mask that has a pattern on top of it

그 위에 미세한

of fine lines and features

원하는 회로 패턴의

that are going to make the phone work the way that we want it to.

마스크를 올려 놓습니다.

We then expose a bright light and shine it through this mask,

그 후 밝은 빛에 노출시키고 마스크에 빛을 쪼입니다.

which creates a shadow of that pattern on the surface.

이로 인해 표면에 패턴의 그림자가 생성됩니다.

Now, anywhere that the light can get through the mask,

빛을 받은 부분에서

it's going to cause a chemical reaction to occur.

화학 반응이 일어납니다.

And that's going to burn the image of that pattern into the substrate.

이를 통해 패턴 모양이 기판에 형성됩니다.

So the question you're probably asking is,

그럼 형성된 패턴 모양에서

how do we go from a burned image

어떻게 선명하고 미세한 패턴을

to clean fine lines and features?

나타나게끔 할 수 있는지 궁금하실 겁니다.

And for that, we have to use a chemical solution

이를 위해 현상액이라는 화학 약품을

called the developer.

사용해야 합니다.

Now the developer is special.

현상액은 특별합니다.

What it can do is take all of the nonexposed areas

현상액은 빛에 노출되지 않은 부분을

and remove them selectively,

선택적으로 제거하여

leaving behind clean fine lines and features,

선명하고 미세한 원하는 회로 패턴을 남기고

and making our miniaturized devices work.

우리의 소형화된 기기가 작동하도록 합니다.

So, we've used chemistry now to build up our devices,

우리의 기기를 만들기 위해서,

and we've used it to shrink down our devices.

그리고 기기의 크기를 줄이기 위해 화학을 이용했습니다.

So I've probably convinced you that chemistry is the true hero,

화학이 진정한 영웅이라고 여러분을 설득한 것 같군요.

and we could wrap it up there.

그럼 끝내도 되겠네요.

(Applause)

(박수)

Hold on, we're not done.

잠시만요, 안 끝났어요.

Not so fast.

너무 빠르지 않게 합시다.

Because we're all human.

우리는 모두 인간이니까요.

And as a human, I always want more.

인간으로서, 전 항상 더 많은 것을 원하죠.

And so now I want to think about how to use chemistry

스마트폰으로 더 많은 일을 하기 위해

to extract more out of a device.

화학을 이용하는 방법을 생각해 봅시다.

Right now, we're being told that we want something called 5G,

우리는 소위 5G라고 불리는 또는 다가올 5세대 무선 통신을

or the promised fifth generation of wireless.

원한다고 이야기하고 있습니다.

Now, you might have heard of 5G

요즘 광고에서 등장하고 있는

in commercials that are starting to appear.

5G에 대해 들어보셨을 거예요.

Or maybe some of you even experienced it

아니면 2018년 동계 올림픽에서

in the 2018 winter Olympics.

보셨을 수도 있고요.

What I'm most excited about for 5G

5G에 대해 가장 흥미로운 점은

is that, when I'm late, running out of the house to catch a plane,

늦어서 비행기를 타려고 뛰어갈 때

I can download movies onto my device in 40 seconds

영화를 40초 만에 다운로드할 수 있다는 것입니다.

as opposed to 40 minutes.

40분이 아니라요.

But once true 5G is here,

그런데 진정한 5G가 있으면

it's going to be a lot more than how many movies

많은 영화를 다운로드하는 것보다

we can put on our device.

더 많은 일이 가능해요.

So the question is, why is true 5G not here?

그럼 왜 진정한 5G가 아직 없을까요?

And I'll let you in on a little secret.

작은 비밀 하나를 알려드릴게요.

It's pretty easy to answer.

대답하기 매우 쉬운 문제예요.

It's just plain hard to do.

하는 것 자체가 어려워서입니다.

You see, if you use those traditional materials and copper

5G 기기를 만드는데

to build 5G devices,

기존의 물질과 구리를 이용하면

the signal can't make it to its final destination.

신호는 최종 목적지까지 도달할 수 없습니다.

Traditionally, we use really rough insulating layers

기존에 우리는 구리선을 지지하는

to support copper wires.

거친 절연 층을 사용했습니다.

Think about Velcro fasteners.

벨크로 접착포에 대해 생각해 보세요.

It's the roughness of the two pieces that make them stick together.

접착포가 서로 달라붙도록 표면이 거칩니다.

That's pretty important if you want to have a device

이 점은 매우 중요합니다.

that's going to last longer

박스에서 스마트폰을 꺼내

than it takes you to rip it out of the box

거기에 앱을 설치하는 시간보다

and start installing all of your apps on it.

스마트폰이 오래 유지되길 바란다면요.

But this roughness causes a problem.

그런데 이 거친 면이

You see, at the high speeds for 5G

문제를 일으킵니다. 빠른 속도의 5G에서

the signal has to travel close to that roughness.

신호는 거친 면과 가까이 이동해야 합니다.

And it makes it get lost before it reaches its final destination.

그래서 최종 목적지 도달 전에 사라지게 되죠.

Think about a mountain range.

산맥에 대해 생각해 보세요.

And you have a complex system of roads that goes up and over it,

산에 오르는 길이 복잡하면

and you're trying to get to the other side.

여러분은 다른 길로 돌아가려 할 것입니다.

Don't you agree with me

그렇지 않나요?

that it would probably take a really long time,

시간이 매우 오래 걸릴 수도 있고

and you would probably get lost,

길을 잃을 수도 있어요.

if you had to go up and down all of the mountains,

산을 오르락 내리락해야 한다면요.

as opposed to if you just drilled a flat tunnel

평평한 터널을 따라

that could go straight on through?

쭉 가는 게 아니라요.

Well it's the same thing in our 5G devices.

5G 기기에서도 마찬가지입니다.

If we could remove this roughness,

우리가 이 거친 면을 제거하면,

then we can send the 5G signal

5G 신호를 중단 없이

straight on through uninterrupted.

똑바로 보낼 수 있습니다.

Sounds pretty good, right?

꽤 좋게 들리죠?

But hold on.

그런데 기다려 보세요.

Didn't I just tell you that we needed that roughness

달라붙게 하는데 거친 면이 필요하다고 방금 말씀드렸죠?

to keep the device together?

And if we remove it, we're in a situation where now the copper

그걸 제거하면, 구리는 하부 기판에

isn't going to stick to that underlying substrate.

붙어있지 않을 것입니다.

Think about building a house of Lego blocks,

서로 맞물려 끼워진 레고 블록으로

with all of the nooks and crannies that latch together,

집을 짓는 걸 생각해 보세요.

as opposed to smooth building blocks.

매끄러운 블록이 아니라요.

Which of the two is going to have more structural integrity

두 살 된 아이가 와서

when the two-year-old comes ripping through the living room,

고질라 놀이를 하려고 때려 부수면 둘 중 어떤 게

trying to play Godzilla and knock everything down?

더 구조적으로 견고할까요?

But what if we put glue on those smooth blocks?

매끄러운 블록에 접착제를 바르면요?

And that's what the industry is waiting for.

그것이 바로 산업이 기다리고 있는 것입니다.

They're waiting for the chemists to design new, smooth surfaces

화학자들이 구리선을 위한

with increased inherent adhesion

향상된 접착력이 내재된 매끈한 표면을

for some of those copper wires.

설계하길 기다리고 있어요.

And when we solve this problem,

이 문제를 해결하면,

and we will solve the problem,

이 문제를 해결해낼 겁니다.

and we'll work with physicists and engineers

그러면 물리학자 및 엔지니어와 협력하여

to solve all of the challenges of 5G,

5G의 모든 문제를 해결할 것입니다.

well then the number of applications is going to skyrocket.

그럼 엄청나게 많은 분야에서 응용될 수 있어요.

So yeah, we'll have things like self-driving cars,

자율 주행 자동차도 개발할 수 있어요.

because now our data networks can handle the speeds

데이터 네트워크가 속도와

and the amount of information required to make that work.

그에 필요한 정보의 양을 처리할 수 있기 때문이죠.

But let's start to use imagination.

상상력을 동원해 봅시다.

I can imagine going into a restaurant with a friend that has a peanut allergy,

땅콩 알레르기가 있는 친구와 식당에 간다고 상상해 볼게요.

taking out my phone,

스마트폰을 꺼내서

waving it over the food

음식 위에 흔들면

and having the food tell us

우리에게

a really important answer to a question --

정말 중요한 질문에 답을 해줍니다.

deadly or safe to consume?

먹어도 안전한지 위험한지를 말이죠.

Or maybe our devices will get so good

또는 우리에 대한 정보를

at processing information about us,

잘 처리해줘서

that they'll become like our personal trainers.

우리의 개인 트레이너가 될 수도 있어요.

And they'll know the most efficient way for us to burn calories.

가장 효과적으로 칼로리를 태우는 방법을 알려줄 겁니다.

I know come November,

제가 11월에

when I'm trying to burn off some of these pregnancy pounds,

몇 키로를 감량하려고 했을 때

I would love a device that could tell me how to do that.

그 방법을 알려주는 기기가 있었으면 좋았을 거예요.

I really don't know another way of saying it,

이를 표현할 다른 방법을 모르겠네요.

except chemistry is just cool.

화학이 정말 멋지다는 말밖에는요.

And it enables all of these electronic devices.

화학은 모든 전자 기기들이 작동하도록 합니다.

So the next time you send a text or take a selfie,

다음에 문자를 보내거나 셀카를 찍을 때

think about all those atoms that are hard at work

열심히 일하는 원자들에 대해 생각해 보세요.

and the innovation that came before them.

그리고 곧 다가올 혁신에 대해서도요.

Who knows,

어쩌면

maybe even some of you listening to this talk,

이 강연을 듣고 계신 여러분 중 누군가가

perhaps even on your mobile device,

여러분의 모바일 기기 상에서

will decide that you too want to play sidekick

화학 대장님의 조수가 되길

to Captain Chemistry,

바랄지도 모르죠.

the true hero of electronic devices.

화학은 전자 기기의 진정한 영웅이니까요.

Thank you for your attention,

경청해 주셔서 감사합니다.

and thank you chemistry.

화학에도 감사를 표합니다.

(Applause)

(박수)