The incredible chemistry powering your smartphone | Cathy Mulzer

Translator: Ivana Korom Reviewer: Joanna Pietrulewicz

Переводчик: Alena Chernykh Редактор: Elena Malykh

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

Когда я перешла в старшие классы, у меня появился новый телефон Nokia

I thought I just had the new, coolest replacement

и я подумала: «Вот новая крутая замена

for my old pink princess walkie-talkie.

моей старенькой переносной рации девчачьей розовой расцветки,

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

и теперь я и мои друзья можем писать или звонить друг другу,

wherever we were,

где бы мы ни находились,

instead of pretending,

вместо того,

when we were running around each other's backyards.

чтобы делать это понарошку, бегая на заднем дворе».

Now, I'll be honest.

Скажу честно.

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

Тогда я мало задумывалась о том, как были сделаны эти устройства.

They tended to show up on Christmas morning,

Обычно они появлялись в Рождественское утро,

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

так что, возможно, их создавали эльфы в мастерской Санты.

Let me ask you a question.

Позвольте задать вам вопрос.

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

Кто же они, эти эльфы, которые делают эти устройства?

If I ask a lot of the people I know,

Мои знакомые ответили бы так:

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

«Наверное, это одетые в толстовки инженеры-программисты Кремниевой долины,

hacking away at code.

корпящие над взломом кода».

But a lot has to happen to these devices

Но прежде чем дело дойдёт до кода,

before they're ready for any kind of code.

должно произойти ещё многое.

These devices start at the atomic level.

Эти устройства начинаются на атомном уровне.

So if you ask me,

Лично я считаю,

the real elves are the chemists.

что настоящие эльфы — это химики.

That's right, I said the chemists.

Именно так, химики.

Chemistry is the hero of electronic communications.

Химия — главный герой электронной коммуникации.

And my goal today is to convince you

И моя цель сегодня — убедить вас

to agree with me.

со мной согласиться.

OK, let's start simple,

Давайте начнём с самого простого

and take a look inside these insanely addictive devices.

и заглянем внутрь этих притягательных устройств.

Because without chemistry,

Потому что без химии,

what is an information superhighway that we love,

этой информационной магистрали, которую мы так обожаем,

would just be a really expensive, shiny paperweight.

это было бы просто очень дорогое, светящееся пресс-папье.

Chemistry enables all of these layers.

Благодаря химии всё это работает.

Let's start at the display.

Давайте начнём с дисплея.

How do you think we get those bright, vivid colors

Как, по-вашему, мы получаем эти яркие и живые цвета,

that we love so much?

которые нам так нравятся?

Well, I'll tell you.

Сейчас расскажу.

There's organic polymers embedded within the display,

Внутрь дисплея встроены органические полимеры,

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

которые могут превратить электричество в синий, красный и зеленый цвета,

that we enjoy in our pictures.

которые нам так нравятся на фото.

What if we move down to the battery?

Теперь взглянем на аккумулятор.

Now there's some intense research.

В основе — серьёзные исследования.

How do we take the chemical principles of traditional batteries

Как мы используем химические свойства обычных батарей

and pair it with new, high surface area electrodes,

в сочетании с новыми электродами с большей площадью поверхности

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

так, что это позволяет нам помещать больше заряда в меньшее пространство

so that we could power our devices all day long,

и целый день тратить заряд наших устройств,

while we're taking selfies,

пока мы делаем селфи,

without having to recharge our batteries

не подзаряжая батареи

or sit tethered to an electrical outlet?

или не привязывая себя к электрической розетке?

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

А что можно сказать о связующих веществах, которые это всё скрепляют,

so that it could withstand our frequent usage?

чтобы устройство не развалилось от частого использования?

After all, as a millennial,

В конце концов, будучи миллениалом,

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

я вынуждена проверять свой телефон раз по 200 за день

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

и из-за этого роняю его по два-три раза.

But what are the real brains of these devices?

Где же настоящий мозг этих устройств?

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

Что заставляет их работать так, как нравится нам?

Well that all has to do with electrical components and circuitry

Всё дело в электрических элементах и микросхемах,

that are tethered to a printed circuit board.

которые привязаны к печатной плате.

Or maybe you prefer a biological metaphor --

А может, лучше выразиться биологической метафорой:

the motherboard, you might have heard of that.

в материнской плате, вы о ней слышали.

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

На самом деле печатная плата — это не самое главное.

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

Честно говоря, даже не знаю почему.

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

Возможно, потому что это самый невзрачный слой,

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

скрытый под всеми остальными глянцевыми слоями.

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

Наконец пришло время осыпать слой Кларка Кента,

the Superman-worthy praise it deserves.

достойной супермена похвалой, которую он заслуживает.

And so I ask you a question.

Хочу задать вам вопрос.

What do you think a printed circuit board is?

Как вы думаете, что такое эта плата?

Well, consider a metaphor.

Возьмём метафору.

Think about the city that you live in.

Представьте город, в котором вы живёте.

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

Вот здесь значимые для вас места:

your home, your work, restaurants,

дом, ваше место работы, рестораны,

a couple of Starbucks on every block.

парочка «Старбаксов» в каждом квартале.

And so we build roads that connect them all together.

Чтобы их соединить, мы строим дороги.

That's what a printed circuit board is.

Вот что такое печатная электроплата.

Except, instead of having things like restaurants,

Только вместо ресторанов

we have transistors on chips,

у нас здесь транзисторы на чипах,

capacitors, resistors,

конденсаторы, резисторы —

all of these electrical components

все эти электрические элементы,

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

которым нужно как-то между собой взаимодействовать.

And so what are our roads?

А что же такое наши дороги?

Well, we build tiny copper wires.

Это крошечные медные провода.

So the next question is,

И следующий вопрос:

how do we make these tiny copper wires?

как мы создаём эти крошечные медные провода?

They're really small.

Они действительно очень маленькие.

Could it be that we go to the hardware store,

Не было бы проще пойти в магазин «Сделай сам»,

pick up a spool of copper wire,

купить катушку с медной проволокой,

get some wire cutters, a little clip-clip,

несколько кусачек, маленькую скобу,

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

всё это соединить, а потом — бац — вот она, наша печатная плата?

No way.

Ничего не выйдет!

These wires are way too small for that.

Эти провода слишком малы для этого.

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

И поэтому доверимся нашему другу, химии.

Now, the chemical process to make these tiny copper wires

Кажется, проще простого создать эти крошечные медные провода

is seemingly simple.

с помощью химического процесса.

We start with a solution

Начнём с раствора

of positively charged copper spheres.

положительно заряженных медных сфер.

We then add to it an insulating printed circuit board.

Добавляем к ним изолирующую печатную плату.

And we feed those positively charged spheres

Потом разбавим эти положительно заряженные сферы

negatively charged electrons

отрицательно заряженными электронами,

by adding formaldehyde to the mix.

добавив в смесь формальдегид.

So you might remember formaldehyde.

Возможно, вы знаете, что это такое.

Really distinct odor,

Это вещество имеет резкий запах

used to preserve frogs in biology class.

и используется для консервации лягушек на уроке биологии.

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

Оказывается, это не единственное его применение.

And it's a really key component

По сути, он главный компонент, необходимый

to making these tiny copper wires.

для создания этих крошечных медных проводков.

You see, the electrons on formaldehyde have a drive.

Дело в том, что у электронов на формальдегиде есть моторчик.

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

Они хотят перепрыгнуть позитивно заряженные медные сферы.

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

И всё это благодаря процессу под названием «окислительно-восстановительный процесс».

And when that happens,

Когда это происходит,

we can take these positively charged copper spheres

мы берём позитивно заряженные медные сферы

and turn them into bright,

и превращаем их в яркую,

shiny, metallic and conductive copper.

блестящую, металлическую и токопроводящую медь.

And once we have conductive copper,

А получив однажды токопроводящую медь,

now we're cooking with gas.

мы теперь делаем что хотим.

And we can get all of those electrical components

И мы можем сделать так, что все эти компоненты

to talk to each other.

будут взаимодействовать.

So thank you once again to chemistry.

И опять скажем спасибо химии.

And let's take a thought

И давайте подумаем,

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

как далеко нас завела химия.

Clearly, in electronic communications,

Понятно, что в электронных коммуникациях

size matters.

размер имеет значение.

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

Давайте подумаем о том, как уменьшить наши устройства,

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

чтобы перейти от «кирпичей» из 90-х

to something a little bit more sleek,

к чему-то более элегантному,

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

например, мобильным телефонам, которые мы носим в карманах.

Although, let's be real here:

Однако давайте будем реалистами:

absolutely nothing can fit into ladies' pants pockets,

абсолютно ничего не влезает в карманы женских брюк,

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

если вы вообще видели хотя бы пару брюк с карманами.

(Laughter)

(Смех)

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

И думаю, даже химия нам здесь не поможет.

But more important than shrinking the actual device,

Но для нас важнее не уменьшение самого устройства,

how do we shrink the circuitry inside of it,

а схемы внутри него,

and shrink it by 100 times,

причём раз этак в сто.

so that we can take the circuitry from the micron scale

То есть как перейти от микронного

all the way down to the nanometer scale?

до нанометрового масштаба?

Because, let's face it,

Поскольку, что и говорить,

right now we all want more powerful and faster phones.

мы все сейчас хотим иметь более мощные и быстрые смартфоны.

Well, more power and faster requires more circuitry.

А более мощные и быстрые требуют большего количества электросхем.

So how do we do this?

Как же это сделать?

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

Не то что бы у нас есть магический электромагнитный луч,

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

как у профессора Вэна Залински, который уменьшил своих детей

to shrink his children.

в известном всем фильме.

On accident, of course.

Случайно, конечно.

Or do we?

Или всё-таки есть?

Well, actually, in the field,

На самом деле в этой области

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

есть очень похожий процесс.

And it's name is photolithography.

Называется он фотолитография.

In photolithography, we take electromagnetic radiation,

В фотолитографии мы берём электромагнитную радиацию,

or what we tend to call light,

или то, что мы привычно называем светом,

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

и используем его для уменьшения этих схем,

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

чтобы втиснуть их в действительно очень маленькое пространство.

Now, how does this work?

Как это всё работает?

Well, we start with a substrate

Начнём с субстрата,

that has a light-sensitive film on it.

на который нанесена светочувствительная плёнка.

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

Затем мы покрываем его трафаретом со схемой

of fine lines and features

из чётких линий и изображений,

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

которая заставит работать смартфон именно так, как нам нужно.

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

Затем мы пропускаем яркий свет сквозь трафарет,

which creates a shadow of that pattern on the surface.

создавая тень схемы на поверхности.

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

Везде, где свет может пройти сквозь трафарет,

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

он провоцирует химическую реакцию,

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

в результате чего изображение схемы выжигается на субстрате.

So the question you're probably asking is,

Наверняка вы спросите:

how do we go from a burned image

«Как из выжженого изображения

to clean fine lines and features?

получаются чёткие линии и детали?»

And for that, we have to use a chemical solution

На этот вопрос нам ответит химический раствор

called the developer.

под названием «проявитель».

Now the developer is special.

Здесь проявитель необычный.

What it can do is take all of the nonexposed areas

Что он может сделать — это взять все неэкспонированные области,

and remove them selectively,

выборочно их удалить,

leaving behind clean fine lines and features,

оставляя чистые тонкие линии и детали,

and making our miniaturized devices work.

заставляя наши миниатюрные устройства работать.

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

Итак, мы использовали химию, чтобы создать наши устройства,

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

а также для того, чтобы их уменьшить.

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

Так что я, наверное, убедила вас, что химия — настоящий герой,

and we could wrap it up there.

и мы можем на этом закончить.

(Applause)

(Аплодисменты)

Hold on, we're not done.

Подождите, это ещё не всё.

Not so fast.

Не так быстро.

Because we're all human.

Потому что все мы люди.

And as a human, I always want more.

И как представитель этого рода, я всегда хочу большего.

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

И сейчас я хочу понять, как использовать химию,

to extract more out of a device.

чтобы извлечь из смартфона как можно больше.

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

Сейчас нам твердят, что нам нужно нечто под названием 5G,

or the promised fifth generation of wireless.

или обещанное пятое поколение беспроводных устройств.

Now, you might have heard of 5G

Возможно, вы наслышаны о технологии 5G

in commercials that are starting to appear.

из новой рекламы.

Or maybe some of you even experienced it

Или, возможно, кто-то уже её попробовал

in the 2018 winter Olympics.

во время зимней Олимпиады в 2018 году.

What I'm most excited about for 5G

Что меня больше всего впечатляет в 5G,

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

так это то, что, когда я опаздываю в аэропорт, выбегая из дома,

I can download movies onto my device in 40 seconds

я успеваю загрузить фильмы в смартфон за 40 секунд,

as opposed to 40 minutes.

а не как раньше — за 40 минут.

But once true 5G is here,

Но как только у нас появится 5G —

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

это не только будет означать, что мы загрузим

we can put on our device.

больше фильмов, чем сейчас.

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

Так почему же 5G всё ещё нет?

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

Открою вам маленький секрет.

It's pretty easy to answer.

Ответ достаточно прост.

It's just plain hard to do.

Просто его очень сложно создать.

You see, if you use those traditional materials and copper

То есть, если вы для этой цели возьмёте медь

to build 5G devices,

и другие привычные материалы,

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

то может случиться так, что сигнал не будет достигать цели.

Traditionally, we use really rough insulating layers

Как правило, для поддержки медных проводов мы используем очень грубые

to support copper wires.

изоляционные слои.

Think about Velcro fasteners.

Давайте представим застёжку «липучку».

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

Шероховатая поверхность двух частей скрепляет их вместе.

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

Это очень важно, если вы хотите, чтобы устройство

that's going to last longer

прослужило вам дольше,

than it takes you to rip it out of the box

чем займёт процесс извлечения его из коробки

and start installing all of your apps on it.

и установки всех ваших приложений.

But this roughness causes a problem.

Но эта шероховатость ведёт к проблеме.

You see, at the high speeds for 5G

На высоких скоростях для 5G

the signal has to travel close to that roughness.

сигнал должен проходить очень близко к этой шероховатости.

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

Как следствие, он может быть потерян прежде, чем дойдёт до места назначения.

Think about a mountain range.

Представьте горный хребет.

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

Перед вами сложная сеть дорог, идущая через него вверх,

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

и вам нужно перейти на другую сторону.

Don't you agree with me

Согласитесь,

that it would probably take a really long time,

что это действительно займёт долгое время

and you would probably get lost,

и вы, вероятно, потерялись бы,

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

если бы вам пришлось идти вверх и вниз по всем горам.

as opposed to if you just drilled a flat tunnel

Гораздо проще было бы идти напрямую,

that could go straight on through?

пробурив для этого туннель?

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

В устройстве 5G почти то же самое.

If we could remove this roughness,

Если бы можно было удалить эту шероховатость,

then we can send the 5G signal

мы бы направили 5G-сигнал

straight on through uninterrupted.

напрямую, без всяких помех.

Sounds pretty good, right?

Звучит неплохо, правда?

But hold on.

Но погодите-ка.

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

Разве я вам не говорила о том, что эта шероховатость

to keep the device together?

скрепляет устройство?

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

Если её убрать, получится, что медь

isn't going to stick to that underlying substrate.

не приклеится к субстрату.

Think about building a house of Lego blocks,

Представьте домик из модулей LEGO, с выступами и уголками,

with all of the nooks and crannies that latch together,

которые в отличие от гладких строительных кирпичей

as opposed to smooth building blocks.

как бы защёлкиваются на замок.

Which of the two is going to have more structural integrity

Какой из этих двух типов домов уцелеет после того,

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

как ползающий по гостиной двухлетний малыш

trying to play Godzilla and knock everything down?

будет крушить всё это, представляя себя Годзиллой?

But what if we put glue on those smooth blocks?

Что, если намазать клеем эти ровные кирпичики?

And that's what the industry is waiting for.

Именно этого и ждёт наша индустрия.

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

Они ждут химиков, которые спроектируют новую, гладкую поверхность

with increased inherent adhesion

с повышенными адгезивными свойствами,

for some of those copper wires.

так необходимыми для медных проводов.

And when we solve this problem,

И когда мы решим эту проблему,

and we will solve the problem,

а мы её решим,

and we'll work with physicists and engineers

сотрудничая с физиками и инженерами,

to solve all of the challenges of 5G,

чтобы решить все задачи и с 5G, —

well then the number of applications is going to skyrocket.

вот тогда количество приложений увеличится в разы.

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

У нас появятся такие вещи, как автомобили с автоуправлением,

because now our data networks can handle the speeds

потому что теперь сети передачи данных смогут справиться со скоростями

and the amount of information required to make that work.

и тем количеством данных, которые необходимы для такой работы.

But let's start to use imagination.

Давайте дадим волю нашей фантазии.

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

Я могу представить, что пойду в ресторан с другом, у которого аллергия на арахис,

taking out my phone,

достану свой смартфон,

waving it over the food

наведу его на блюдо,

and having the food tell us

и блюдо даст нам ответ

a really important answer to a question --

на действительно важный вопрос:

deadly or safe to consume?

смертельно ли оно или безопасно для человека?

Or maybe our devices will get so good

А может быть, устройства научатся так хорошо

at processing information about us,

обрабатывать информацию о нас,

that they'll become like our personal trainers.

что станут нашими личными тренерами

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

и будут знать наиболее эффективный способ сжигания калорий.

I know come November,

Наступит ноябрь,

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

и я буду сбрасывать накопленный за время беременности вес.

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

Как бы я хотела иметь смартфон, который дал бы мне совет.

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

Я правда не знаю, как сказать по-другому,

except chemistry is just cool.

но химия — это действительно круто.

And it enables all of these electronic devices.

И именно благодаря ей эти устройства работают.

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

Так что в следующий раз, когда будете отправлять смс или делать селфи,

think about all those atoms that are hard at work

вспомните те атомы, которые трудятся,

and the innovation that came before them.

и те открытия, которые им предшествовали.

Who knows,

Кто знает,

maybe even some of you listening to this talk,

вероятно, кто-то из вас, слушая моё выступление,

perhaps even on your mobile device,

возможно, даже на своём смартфоне,

will decide that you too want to play sidekick

решит подружиться и стать напарником

to Captain Chemistry,

Капитана Химия —

the true hero of electronic devices.

настоящего героя электронных устройств.

Thank you for your attention,

Спасибо за внимание

and thank you chemistry.

и спасибо химии.

(Applause)

(Аплодисменты)