סיליקון נמתח, נוכחות וירטואלית ועוד טכנולוגיות שכדאי להכיר
חשוב להישאר מעודכנים בחזית המדע, נכון? הנה חמש מהטכנולוגיות שאולי לא שמעתם עליהן, אבל יכולות להוות מקור השראה אפילו לסופרי מדע בדיוני. חלק א'
האם שמעתם אי פעם על צילום בקטריאלי? זה לא מגעיל כמו שזה נשמע. מה בדבר מחשוב כאוטי? גם אנחנו לא. כדי לכתוב את הכתבה הזו יצאנו למצוא את הטכנולוגיות שמתחבאות מתחת לרדאר, ומה שמצאנו הרשים אפילו אותנו.
בכתבה בת שני חלקים נספר לכם על עשר טכנולוגיות עתידיות, בינהן טכניקה חדשה לייצור סיליקון שיכול להימתח ולהתקפל, ועל הבסיס האיתן שהוא מהווה לדור חדש של גאדג'טים.
נעדכן אתכם במחקר פורץ דרך שעוסק בהדמיית המוח האנושי, ונעיף מבט במעבדת מחשבים מקליפורניה שמצוידת בחיבורי פס רחב מהירים פי 5,000 ממה שאפשר למצוא כיום בשוק.
התכוננו לראות רשתות משולבות עם מיליוני צמתים מכסות את כדור הארץ ואת גופנו מהפכה רובוטית, אומה של למדני-על, וגם כמה רעיונות שנשמעים באמת, אבל באמת כמו מדע בדיוני.
1. סיליקון נמתח
במהלך השנים הצלחנו לעשות הרבה דברים מגניבים עם סיליקון, אבל לא הצלחנו להתגבר על בעיה אחת שיש בחומר: הוא קשיח ושברירי. סיליקון הוא מוצר נהדר לבניית מוצרים אלקטרוניים, אבל גרוע אם רוצים ללבוש אותו.
יש הרבה אנשים שבהחלט ישמחו ללבוש מוצרים אלקטרונים. מנתחים, למשל, יוכלו לנתח עם ברגישות מוגברת ובזמן תגובה מואץ, אם יהיו להם חיישני אזהרה מובנים בתוך כפפות הניתוח. אפשר יהיה לפתח כל מיני צגי בריאות שיכולים להציל חיים.
למרבה המזל, ההמתנה קרובה לקיצה, מכיוון שחוקרים באוניברסיטת אילינוי ב-Urbana-Champaign עובדים על טכניקה שמותחת את הסיליקון. "הטריק", אומר ג'ון רוג'רס, מרצה במחלקת הנדסת ומדעי החומרים באוניברסיטה, "הוא להשתמש בחוט סיליקון דק מאוד, בעובי של 100 ננומטר ליתר הדיוק, או אלפית מעובייה של שערה אנושית".
כדי לקבל חוט סיליקון כל כך דק, רוג'רס וצוותו יוצרים בתחילה טרנזיסטור בדרך הרגילה - על wafer סיליקון, תוך שימוש בשיטות עיבוד רגילות. פריצת הדרך מגיעה בשלב הבא: טכניקת חריטה מיוחדת מסירה שכבת סיליקון דקה במיוחד, אבל עדיין מכילה את הטרנזיסטור בשלמותו. השכבה מונחת על פיסה שטוחה של גומי שכבר נמתחה מעט. "בעצם מחליפים את מצע wafer הסיליקון בגומי" אומר רוג'רס.
ברגע שהם באים במגע זה עם זה, הסיליקון מתחבר לגומי. בנקודה זו המתח בגומי משתחרר על ידי חזרתו למצבו המקורי לפני המתיחה. הגומי והסיליקון שעכשיו מחוברים, מתעקמים לגלים, שדומים בצורתם לאקורדיון. "ברגע שמכשיר הסיליקון נמצא בתצורה הזו, ניתן למתוח אותו כמה שרוצים", הוא אומר.
לדברי רוג'רס, מגוון אבות הטיפוס שהוא מפתח (טרנזיסטורים ודיודות) עובדים טוב כמו אחיהם הסיליקונים הקשיחים. בהמשך הדרך הוא חוזה חיישנים גמישים, שיכולים לעטוף קצה כנף של מטוס, או לשמש כתגי זיהוי זולים. התוצאה הסופית לא תהיה רק מוצרי אלקטרוניקה שניתן ללבוש, אלא גם תצוגות גמישות ומתקפלות שהמראה והמרגש שלהן מזכיר פיסות נייר.
בהקשר זה מדובר על כברת דרך שעוד צריך לעבור במחקר ופיתוח. הטכנולוגיה עדיין בשלב מוקדם, ורוג'רס וצוותו עובדים עם הסיליקון הנמתח שלהם רק שנה וחצי. ובכל זאת, התוצאות היו כל כך שהוחלט להקים חברת בת במטרה לפתח את המחקר לכיוונים נוספים, לחקור אפשרויות מסחריות ודרכים לשלב את הטכנולוגיה בייצור. "מוצרים סופיים" אומר רוג'רס, "יושקו רק עוד מספר שנים". (אלן כהן)
2. מחשוב כאוטי
המילה כאוס נוטה משום מה לעורר אסוציאציות שליליות. למשמע המילה, רבים מאתנו לא מדמיינים את הפרקטלים המהפנטים של מנדלברוט. אנו חושבים על מצב לא מאורגן ממנו רצוי להימנע. אבל אם וויליאם דיטו צודק (הצי האמריקאי וגם משקיעים פרטיים מאמינים שהוא צודק) המילה עשויה להופיע בעתיד באור שונה לחלוטין.
דיטו, יו"ר המחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת פלורידה, מנצל את עקרונות הכאוס כדי לבנות שבב מחשב מהפכני, שעשוי להוכיח את עצמו כמהיר יותר, זול יותר וגמיש יותר מהעיצובים הקיימים.
השבב של דיטו הוא כמו הגרסה המיקרו-אלקטרונית של תאי גזע. אולם שבב כאוטי הולך צעד אחד קדימה: הוא יכול לשנות את תצורתו שוב ושוב. לתכונה הזו יש השלכות ענקיות על עיצוב מחשבים. בשבבים הרגילים, הרכיבים הבסיסיים - השערים הלוגיים - מחווטים לביצוע משימה אחת ספציפית. בשבב כאוטי, כל שער לוגי יכול להיות מומר בין רגע כדי לבצע כל משימה שהיא.
כלומר, מחשבים לא יצטרכו יותר שבבים יקרים ונפרדים למעבד, זיכרון, מאיץ גרפי, יחידות עיבוד אריתמטי וכדומה. במקום זאת, שבב אחד ימיר את עצמו לכל פונקציה שהתוכנה צריכה ברגע נתון.
"אחד מהגביעים הקדושים של עולם המחשבים הוא לאפשר לתוכנה לשדרג את החומרה בין רגע", אומר דיטו. "אם נמצאים בתוכנת פוטושופ, וצריכים הרבה זיכרון לשתי שניות, אפשר לגרום לשבב לספק את הזיכרון הדרוש. אם צריך לעשות הרבה חישובים, ולא צריך כל כך הרבה זיכרון, ממירים את השבב בחזרה למעבד. אם משחקים משחק, השבב משתנה שוב לשבב של מנוע גרפי".
מה שמאפשר את יכולת ההשתנות המדהימה הזו, היא היכולת של דיטו לרתום את הכאוס (שנמצא גם במעגלי מחשב) לעזרתו. מערכות כאוטיות הן למעשה מאוד מאורגנות: הן פשוט לא רגילות. שער לוגי יכול ליצור מספר עצום של פעולות לוגיות שונות במהירות אדירה. מכיוון שמערכות כאוטיות רגישות מאוד אפילו לשינויים קטנים בסביבתן (עיינו ערך "אפקט הפרפר"), דיטו יכול ליצור את השינוי שהוא רוצה על ידי שינוי המתח המגיע אל השער.
אם הכל ילך כמו שצריך, נראה את ראשית יישום המחשוב הכאוטי כבר בעשור הקרוב. דיטו הקים לאחרונה את חברת ChaoLogix לצורך פיתוח הטכנולוגיה. הוא מתכנן להציג שבב הדגמה כבר בינואר 2007. (אלן כהן).
3. נוכחות וירטואלית
האם אי פעם רציתם להיות בשני מקומות בו-זמנית? אולי בעוד 10 שנים תוכלו לעשות זאת. חוקרים במכון לטלקומוניקציה וטכנולוגיות מידע באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, משתמשים במקרנים בעלי אבחנה גבוהה במיוחד, מסכים בגודל קירות וחיבורי אינטרנט מהירים מאוד כדי להעביר תמונות וקולות, שקשה להבדיל ביניהם לבין המציאות. בעתיד, זה אולי יאפשר נוכחות וירטואלית מלאה - האשליה שאדם נוסף נוכח פיזית במקום, כשלמעשה הוא נמצא במקום אחר.
הרכיב העיקרי בטכנולוגיה הזו הוא חיבור אינטרנט ברוחב פס גבוה במיוחד. במעבדות האוניברסיטה יש חיבור פס רחב במהירות 1 עד 10 גיגהביט לשנייה - מהיר פי 500 עד 5,000 מהחיבור שיש לכם בבית עכשיו. במהירויות כאלו, תוכן רב באבחנה גבוהה יכול לעבור באותו הגודל בו הוסרט (בלי דחיסות ואובדן מידע).
"אנחנו בנקודה שבה נוכחות וירטואלית מתחילה להיות אפשרית", אומר מנהל המעבדה, לארי סמאר. "אם גודל הדמות מציאותי, אי אפשר להבדיל בין אנשים אמיתיים לתמונה בצד השני".
אבל לא משנה עד כמה התמונה המוקרנת דומה במראה ובקול לחיים האמיתיים, בני אדם עדיין יכולים לראות שהתמונה לא אמיתית.
המעבדה מתמקדת כרגע בצדדים הפסיכולוגיים של התפיסה, ולשם כך נעזרת בצוות של פסיכולוגים, אתנוגרפים ומומחי מולטימדיה. המעבדה משתמשת בטכנולוגיה לשילוב מחקר אקדמי של אוניברסיטאות רחוקות, והתנסתה בשימושים רפואיים - דוגמת הקרנת תמונות מוח לצורך אבחנה על ידי מומחים מרוחקים.
הטכנולוגיה עדיין נמצאת בשלבי פיתוח התחלתיים, אבל מחשבים חדשים יכולים כבר לתמוך במהירויות אינטרנט של 1 גיגהביט. סמאר חוזה שספקי אינטרנט יספקו חיבורים של 1 גיגהביט לבתים ועסקים בתוך פחות מ-10 שנים. נסו לדמיין איך שיחות ועידה יהיו כשלא רק תשמעו את המשתתפים מהצד השני של המדינה, אלא גם תראו אותם, כאילו הם נמצאים ממש לידכם.
והתוצאה הסופית? "דמיינו את עצמכם הולכים להום-סנטר, וקונים גלילים שלמים של טפט גיגהפיקסל". אומר סמאר "כשאתם עורכים מסיבות יום הולדת בסלון שלכם, תוכלו להתחבר לדודה או לסבתא, שיוכלו להצטרף דרך התצוגה שעל הקיר". (קורטני מקארת'י)
4. תצוגות ננו-גבישים
ננו-גבישים, חומרים זעירים שמפיקים אור צבעוני, עשויים לחולל שינויים מרחיקי לכת באופן הייצור וביעילות מגוון מוצרים אלקטרוניים, החל ממסכי טלוויזיה גדולים, וכלה במוצרי אלקטרוניקה נישאים. הם מבוססים על חומרים אנאורגניים שמסוגלים לפלוט קרני אור בצבעים שונים, לרבות אדום, כחול וירוק. הגבישים הללו יכולים להתקבץ לפיקסלים להפקת תמונה צבעונית טבעית.
בדומה לתצוגות OLED (דיודות אורגניות שפולטות אור) תצוגות ננו-גבישים מציעות צבע מדויק יותר, וזוויות צפייה רחבות יותר מאלה של תצוגות בטכנולוגיית ה-LCD (תצוגת גביש נוזלי). אחד מהיתרונות הגדולים שלהן הוא עלות הייצור. "בטכנולוגיה מסוג זה, בניית מבנה זעיר שקוטרו ננומטר אחד לא עולה יותר מאשר מבנה שקוטרו 100 ננומטר, מכיוון שמשתמשים בתהליך שבונה את המבנים אטום-אחר-אטום", אומר לארי בוק, יו"ר חברת Nanosys שמשווקת תצוגות ננו-גבישים.
תהליך הפצת החלקיקים על שטח הצג עשוי להזכיר הדפסה במדפסת הזרקת דיו. התהליך מאפשר להימנע מרוב הצעדים היקרים שנדרשים על מנת להפיק צגים עכשיויים. בנוסף, בייצור צגים רגילים, ככל שמכווצים את גודל הרכיבים, המחיר בדרך כלל עולה.
חברת Nanosys מפתחת שיטות לארגן ננו-גבישים באופן שיאפשר לדחות נוזלים. בכנס חדשנות שנערך לאחרונה הדגים בוק ביעילות איך נוזלים לא נדבקים לפיסת פלסטיק, הודות למבנים זעירים על פני המשטח.
לטכנולוגיה שמפתחת החברה עשוי להיות עתיד בתעשייה הרפואית, וכן בפיתוח תאים סולריים ותצוגות גמישות. "ננו-גבישים יכולים לאפשר לנו להפיק תאים סולריים במחיר נמוך מאוד, שיפיקו אנרגיה במחיר של פחות מדולר לוואט, ויהיו תחרותיים למקורות אנרגיה דוגמת דלק" אומר בוק.
שימוש רפואי: אפשר למקם מבנים זעירים לאורך איברים מלאכותיים "כך שלדוגמה, רק תאי עצם יגדלו לתוך שתל אורתופדי, ולא תאים מסוגים אחרים". תאים אחרים יגלו שהטופולוגיה של המבנים הזעירים לאורך המשטח לא מאפשרת התחברות, בניגוד לתאי עצם.
טכנולוגיית מזעור צפויה לעשות מהפכות בתעשיות רבות במשך הזמן, אבל תצוגות הן מאבני הדרך הראשונות. חברת Nanosys עוסקת עכשיו ברישום הפטנט על הטכנולוגיה, וחתמה על הסכם ארוך טווח עם חברת Sharp כדי לפתח תצוגות עתידיות. (סבסטיאן ראפלי)
5. מסך מגע רב-נקודתי
שימוש במחשב דומה לניסיון לתקשר עם בני טיפש עשרה: יש לנו דרכים מוגבלות ליצור איתם קשר. במקרה של המחשב, אנו חמושים במקלדת, עכבר ומסך מגע. בימים אלה נמצא מסך המגע בתנופת פיתוח, והוא מנוצל למגוון מתרחב של יישומים. אפשר לראות אותו בכל מקום - החל מכספומטים, מחשבי כף יד ועד למשחקי נינטנדו DS.
בעיה: המגבלה המעצבנת של היכולת לעבד רק מגע אחד, במקום אחד, בזמן נתון. מאז שנות ה-80', מנסים מהנדסים לפתח מערכת שתגיב לגירויים רבים בו-זמנית. אבל עד לאחרונה, הפתרון היחיד שעבר היה דחיסת משטח מסוים בהרבה מסכי מגע נפרדים, שיכולים להגיב בנפרד מהאחרים, והפתרון לא היה אידיאלי. "היה צורך למקם חיישנים בכל מקום, מה שהפך את העסק ליקר, ודרש חיווט מסובך", אומר ג'ף האן, חוקר באוניברסיטת ניו-יורק.
עכשיו יש להאן דרך יותר טובה. בשיתוף פעולה עם פיליפ דייוידסון, סטודנט לתואר שני באוניברסיטת ניו-יורק, הוא פיתח טכניקה אופטית שמאפשרת בנייה קלה יותר של ממשקים למגע רב-נקודתי.
האן מתחיל עם פיסה שטוחה של זכוכית, שלתוכה הוא מקרין אור. רוב האור נלכד בזכוכית, אבל כשנוגעים בה, חלק מהאור דולף החוצה. שבב של מצלמה מתחת לזכוכית מאתר היכן דולף האור, ויוצר מפה של כל המקומות בהם נגעו בזכוכית.
"זה ישדרג את הדרך בה מדברים עם המחשבים", אומר האן. "אפשר יהיה להשתמש באצבע אחת כדי להזיז תמונה ברחבי המסך, אצבע נוספת כדי להגדיל אותה, ואחת נוספת כדי לסובב אותה, והכל בו-זמנית". (אלן כהן)
בכתה הבאה: טרנזיסטורים שקופים, מוחות מסיליקון, צילום בקטריאלי, סוללות טריטיום ועוד.
תרגום: יעל ברק. הכתבה פורסמה במקור בגליון ספטמבר של PC Magazine. לחצו כאן לרכישת מנוי במחיר הכרות.
