Miniatyriseringen förändrar samhället
I dag går de inte att se längre, ens med förstoringsglas. Trots det påverkar transistorerna i stort sett varenda minut av våra liv. De har sitt ursprung i några fysikers önskan att ta reda på varför vissa material samtidigt kunde vara och inte vara elektriska ledare.
Tänk tillbaka på Sverige för 20 år sedan. Det fanns släpbara biltelefoner med tunga batterier. Det fanns persondatorer, men inte i varje hem. Internet var ett okänt begrepp. Tänk tillbaka ytterligare ett halvt sekel. En dator var uppbyggd av radiorör. Transistorn var ännu inte upptäckt. Elektroniska apparater var stora och otympliga. Vi kan lätt konstatera att mycket har hänt sedan dess. I dag har de flesta vuxna i Sverige en mobiltelefon. Datorerna finns i stort sett i varje hem. Elektroniken har blivit så liten och smidig att vi ibland inte ens märker att den finns där. Mycket runt omkring oss har påverkats av den extrema miniatyriseringen, det vill säga strävan efter att lägga till allt fler funktioner på allt mindre utrymme.
Men hur har miniatyriseringen egentligen påverkat vårt samhälle och våra liv? Framförallt har den påskyndat och förstärkt fenomen som redan hade sitt ursprung i andra innovationer. Med miniatyriseringen har förändringar slagit igenom som annars hade varit otänkbara.
Ett exempel är mobiltelefonin. Den grundläggande samhällsförändringen började redan på 1800-talet då telegrafen utvecklades. Redan då påbörjades en uppluckring av rummets gränser. Men med en telefon i fickan hos varje person är i dag hela världen närmare varje människa i en helt annan skala än när telegrafen hade sin guldålder.
– Det skiljer sig markant, men det är ändå en gradskillnad, snarare än en artskillnad, kommenterar Anja-Sofi Karhi, filosofie doktor vid Tema teknik och social förändring på Linköpings universitet.
Århundradets teknikupptäckt?
Upptäckten av transistorn är en verklig milstolpe inom miniatyriseringen. Upptäckten belönades också med Nobelpriset i fysik 1956.
– Utan transistorerna hade man fått miniatyrisera radiorören istället. Men det hade inte gett samma skjuts till utvecklingen som halvledartekniken gjorde, och det hade gått oerhört mycket långsammare, säger Bertil Hök, tidigare professor i tillämpad elektronik, numera vd för ett eget innovationsföretag.
Miniatyriseringen förändrar samhället
I dag går de inte att se längre, ens med förstoringsglas. Trots det påverkar transistorerna i stort sett varenda minut av våra liv. De har sitt ursprung i några
fysikers önskan att ta reda på varför vissa material samtidigt kunde vara och inte vara elektriska ledare.
Det var vetenskapens intresse för de märkliga halvledande grundämnena som påbörjade utvecklingen av transistorer, som i dag finns i så gott som all elektronik. Ett av jordens vanligaste ämnen, kisel, har just denna halvledande förmåga. Ämnet kan alltså fungera både som ledare och som isolator.
Forskarna som studerade kisel upptäckte så småningom att det gick att förändra kisels ledande egenskaper genom att förorena materialet med ämnen från angränsande grupper i det periodiska systemet. Därmed lades grunden för transistortekniken och det dryga halvsekel av exponentiell elektronikutveckling som vi i dag kan blicka tillbaka på. Halvledaregenskaperna och transistoreffekten gjorde det möjligt att bygga allt mindre minneselement, logiska element och signalförstärkare. Redan i presentationen av den prisbelönta forskningen vid Nobelceremonin 1956 konstaterades: ”En transistor fungerar likt ett radiorör. Men den är mindre och behöver ingen ström för att värma upp en tråd. Hörapparater, räknemaskiner, telefonstationer och många andra behöver just en sådan anordning.”
Små saker gör stor skillnad
Nobelpriskommittén var framsynt; sensorer, mobiltelefoner och datorer är tre områden som fullständigt har revolutionerats som en följd av miniatyriseringen sedan 1940-talet. Sensorer i kisel kan i dag registrera till exempel temperatur, rök, acceleration, tryck, koncentrationer i lösningar, rörelse och mycket, mycket annat. Datorerna finns i dag i varje hem – åtminstone i västvärlden. Även mobiltelefonerna innehåller betydande datorkraft.
För drygt 50 år sedan var situationen en helt annan. En dator fullspäckad med radiorör som den svenska BESK tog ett helt rum i anspråk. I dag har en mobiltelefon större datorkraft än BESK. De allt mindre datorerna kan vi delvis tacka forskarna Albert Fert och Peter Grünberg för. Deras upptäckt av jättemagnetoresistensen har gjort det möjligt att läsa av magnetiska data som är mycket tätare packade ”Telegrafi är som en mycket, mycket lång katt. När du drar den i svansen i New York så jamar den i Los Angeles. Förstår du? Radio fungerar på precis samma sätt, du skickar signaler härifrån och de tar emot dem där. Förutom att det inte finns någon katt. Albert Einstein
– Jättemagnetoresistensen erbjuder en mycket känslig metod för att mäta magnetfält, till exempel för att läsa lagrad information.
I dag vidareutvecklas tekniken till olika slags datorminnen, så kallade MRAM, som både är mycket snabba och kan packa informationen mycket tätt. En fördel med MRAM är att det behåller informationen tillgänglig även när datorn är avslagen. Det innebär att datorn inte behöver någon väntetid för att starta, säger Peter Svedlindh, professor i fasta tillståndets fysik vid Uppsala universitet.
Det är inte bara i elektronikens värld som det är intressant att mäta små magnetfält. Sensorer som använder jättemagnetoresistens på satelliter skulle kunna mäta hur solvinden påverkar det jordmagnetiska fältet högt över våra huvuden. Samtidigt kan magnetiska sensorer användas för att mäta magnetfält från molekyler märkta med magnetiska pärlor inne i människokroppen.
– Mikrometerstora sensorer skulle kunna upptäcka magnetiskt märkta molekyler som kännetecknar en viss sjukdom. Det skulle kunna leda till billigare och snabbare diagnostik ute i primärvården, säger Peter Svedlindh.
Utvecklingen av jättemagnetoresistensen kunde ha gått mycket fortare, men när forskningen funderade på fenomenet på 1970-talet fanns det inga möjligheter att testa den. Peter Svedlindh ser paralleller till dagens elektronikforskning.
– Idén har funnits länge om molekylär elektronik, något som ytterligare skulle kunnaförminska elektronikens beståndsdelar. Men det är inte förrän nu som tekniken finns för att kunna forska inom området.
Statskontrollerade apparater
De vanliga datorernas, Internets och mobiltelefonernas potential som samhällsförändrare märks kanske tydligast i olika regimers
”Utan transistorerna hade man fått miniatyrisera radiorören istället.
Bertil Hök, tidigare professor i tillämpad elektronik
I Saddam Husseins Irak var mobiltelefoner inte tillåtna. I dagens Kina är internet hårt kontrollerat, till exempel har Google en särskild kinesisk version.
– Där försöker regimen att stoppa den samhällsförändrande effekten och hindra att fler tar till sig kunskap om omvärlden, konstaterar Anja-Sofi Karhi.
Med Internet och en persondator har varje användare i dag möjlighet att bli sin egen publicist.
Det vimlar alltså av möjliga masskommunikatörer över hela världen – en situation
som få kunde förutse för bara 20 år sedan.
Outsourcade sinnen
En annan följd av halvledartekniken är som sagt alla de sensorer som finns runt om oss i samhället. Det är sensorer som läser av magnetfält, temperaturer, ljusstyrka, tryck och vibration. Det finns till och med sensorer som kan upptäcka särskilda slags molekyler.
Dagens miniatyriserade sensorer spränger i dag gränserna för de mer traditionella ämnesområdena. Det är helt enkelt inte fruktbart längre att dela in tekniken i materialteknik för sig och biomolekylteknik för sig.
– Den som inte kan jobba över gränserna Sensorer ersätter våra egna sinnen och kan rädda liv. Krockkuddar är ett välbekant exempel.
I krockkudden sitter en mikrosensor som känner av den snabba inbromsningen vid en krock.
Att gränserna försvinner mellan traditionella ämnesområden är ingen ny företeelse.
Snarare är det en återgång till ett äldre synsätt, ett synsätt från tiden före upplysningen.
Upplysningstraditionen har lärt oss att skapa särskilda fack och tydliga gränser mellan olika områden, till exempel mellan vetenskapliga discipliner. Men nu tvingas vi att rucka på gränserna.
– Det är intressant att det är den västerländska och rationella vetenskapen som i sig har möjliggjort de genombrott inom forskningen som kommer att luckra upp gränserna igen, säger Anja-Sofi Karhi.
Sensorerna är i dag så små att vi ibland inte ens tänker på att de finns där. Ett exempel är utlösaren i bilarnas krockkuddar eller intelligenta funktioner i så kallade smarta fönster som reglerar värme- och ljusflöden in och ut ur ett hus. De tar över några av uppgifterna från våra egna sinnen.
– Vi lägger ut våra sinnesintryck på den miniatyriserade tekniken, vilket kan komma att förändra vårt förhållningssätt till omgivningen, säger Anja-Sofi Karhi.
En gränslös, liten värld
Miniatyriseringen inverkar också på hur vi systematiserar vår världsbild. Under en tid har gränserna mellan till exempel levande och döda material varit knivskarp. Men i takt med att vi i allt större utsträckning kan manipulera materialen på atomnivå börjar gränserna att suddas ut.
Här har olika slags elektronmikroskopi bidragit till att nå viktiga milstolpar. Elektronmikroskopin belönades med Nobelpriset 1986. I de första elektronmikroskopen utnyttjade forskarna hur elektronstrålar växelverkar med och sprids från en yta för att undersöka strukturer på till exempel kiselchips
i mikroskala. Utan dem skulle hela den miniatyriseringsprocess som har pågått under 1900-talets andra hälft varit omöjlig.
På 1980-talet kom så resultatet av forskarnas strävan att titta ännu närmare på materian.
De första så kallade svepspetsmikroskopen kunde ”se” strukturer som inte är större en enstaka atomer. Det är en av de faktorer som öppnade forskarvärldens
sinnen för den nanoverklighet som vi ser i dag. De nya teknikerna – till exempel möjligheten att förflytta enskilda atomer – satte igång kreativa processer inom forskningen som nano- och mikrotekniken skördar frukterna av i dag.
Den skörden visade sig redan tidigare inom mikrotekniken genom växande försäljningssiffror.
Miniatyriseringen har möjliggjort allt mer funktionalitet i produkter som från början är enkla och okomplicerade. Det leder till att produkten får ett ökat värde, vilket visar sig i att efterfrågan på produkten ökar. Enligt det resonemanget ökar kundnyttan av de miniatyriserade produkterna i takt med att funktionaliteten ökar.
– Det kan kanske vara svårt att säga att en GPS i mobilen är nyttigt i sig, men det är ett faktum att försäljningssiffrorna ökar, konstaterar Bertil Hök.
