Компьютер, обои, фуфайка

Может статься, что мы вскоре забудем о гигантских заводах, выпускающих микросхемы, на строительство каждого из которых были затрачены средства, сравнимые с бюджетами многих недоразвитых, а то и вполне развитых стран.

Аптека, улица, фонарь.
Александр Блок, 10 октября 1912 года

Может статься, что мы вскоре забудем о гигантских заводах, выпускающих микросхемы, на строительство каждого из которых были затрачены средства, сравнимые с бюджетами многих недоразвитых, а то и вполне развитых стран. Если свершатся задумки Джозефа Джекобсона (Joseph Jacobson), распечатывать чипы можно будет на устройствах, подобных настольным принтерам.

Джо руководит тематической группой распечатываемых персональных компьютеров (Printed PC Group) в Media Lab при Массачусетском технологическом институте. Как справедливо замечает исследователь, из-за дороговизны нынешних чипов компьютеры все еще остаются непозволительной роскошью для большинства жителей нашей планеты. Давайте посмотрим на процесс, в результате которого возникает микросхема! - восклицает Джо. - Прежде всего, это круглосуточная работа фабрики, в которую вложены как минимум 1,5 млрд. долларов. Изготовление каждого процессора в ходе такого непрерывного производства требует не менее двух недель! Джекобсон горит желанием облагодетельствовать человечество, создав настольную мастерскую, способную печатать чипы прямо на подходящем материале, например, на полимерной пленке.

Группе Джекобсона уже удалось напечатать специальными чернилами рудиментарные транзисторы, которые состоят из полупроводниковых наночастиц. Первоочередной целью исследователей является печатный синтез микросхем, состоящих из сотен транзисторов. Впоследствии планируется довести этот показатель до тысяч, десятков тысяч и т. д. Как заверяет руководитель эксперимента, группа намерена продемонстрировать первые действующие микросхемы, содержащие сотни транзисторов, примерно через год-полтора. Джекобсон просто бредит своей идеей: он хочет распечатывать листы, обладающие мощью нынешних Pentium III. Тогда любой посетитель магазина компьютерных причиндалов сможет сказать продавцу: «а нарежьте-ка мне компьютера с центральным процессором в 2 гигагерца и рабочей частотой шины примерно 200 мегагерц».

Сначала казалось, что предложения Джекобсона являются развитием работ, проводившихся в лабораториях PARC Xerox в 70-е годы. Тогда конструкторы экспериментировали с микроскопическими сферами, которые с одной стороны были окрашены в черный цвет, а с другой - в белый. С помощью электрического поля можно было управлять шариками, поворачивая их нужной стороной. Таким образом, появлялась возможность составлять из этих крупиц видимые буквы и слова.

Но Джекобсон и его студенты направили идею в другое русло. Они применили не двухцветные сферы, а микрокапсулы, в каждой из которых содержится жидкая смесь: масляная основа, яркий краситель и мельчайшие частицы белого пигмента. Слой материала из таких микрокапсул наносится на поверхность гибкого пластика с электродами. Таким образом, формируется многослойный «сэндвич»: пластичная основа - электроды - основной материал - электроды… В зависимости от приложенного электрического поля частицы белого пигмента перемещаются вниз или вверх внутри капсул, формируя видимые образы.

В 1997 году Джекобсон и несколько его учеников учредили компанию E Ink. Они получили венчурное финансирование в размере 65 млн. долларов и заключили контракты с такими гигантами, как Motorola и Hearst Publishing. Пресса поспешила сразу же восхититься кончиной традиционной печати. Однако быстрые на руку обозреватели игнорировали серьезный момент: чтобы манипулировать микрокапсулами, нужна гибкая (во всех смыслах) и недорогая обрамляющая схемотехника.

Осенью прошлого года Джекобсон и студент Брент Ридли (Brent Ridley) опубликовали в журнале «Science» статью о синтезе первых неорганических печатных транзисторов. Как выяснилось, к тому времени подобные разработки уже имелись в Lucent Technologies и в Кембриджском университете, Великобритания. Но там использовались органические полимеры. Очень удобные для создания дисплеев, эти материалы имеют имманентное свойство ограниченной скорости переключения активных элементов, то есть скорости процессинга данных. И главным достижением Джекобсона и его команды является разработка неорганических печатных транзисторов - из тех же веществ, из которых сделаны обычные чипы.

Оптимизм исследователя подкрепляется успехами в создании «полупроводниковых чернил». Обычно полупроводники, температура плавления которых превышает 1000°C, при остывании образуют довольно крупные кристаллы. Джекобсону удалось обнаружить условия синтеза крошечных «нанокристаллов», состоящих из ста и даже менее атомов, при температуре не более 300°C.

Суспензия наночастиц настолько схожа по физическим свойствам с красящими чернилами, что обычные принтеры можно использовать для производства того, что называется MEMS (MicroElectroMechanical Systems). С помощью струйного принтера, миниатюрной термической установки (похожей на известные машинки для сварки полиэтиленовых пакетов) и линейного двигателя с шагом 100 мкм для протяжки носителя Джекобсон смог наносить сотни структурированных слоев электронных чернил. И это можно было проделывать в обычном, не стерильном помещении и при температуре даже ниже 300°C.

Конечно, замысел Джекобсона очень привлекателен. Но могут ли печатные микросхемы реально конкурировать с продукцией производств, чье становление заняло многие десятилетия, а технология впитала сотни миллиардов, если не триллионы долларов? Многие, даже поклонники технологий печатных микросхем, сомневаются в этом. Профессор Сигурд Вагнер (Sigurd Wagner) из Принстонского университета, специалист в распечатывании органической электроники, уверен, что новшества коснутся недорогой бытовой техники, но не компьютерных процессоров. Печатные элементы найдут применение в настенных экранах и обоях для помещений, в активных тканях для одежды, даже в футуристических транспортных средствах, которые будут менять облик в соответствии с условиями среды и желанием пассажиров.

И пока промышленность пытается совладать с ситуацией, понижая цены на продукцию в гонке нынешних технологий, у Джекобсона цель иная: пусть каждый на собственном столе синтезирует компьютер своей мечты - без особых затрат, без усилий, но с идеей. Примерно так, как можно роман написать…

По мере того как «бредни» Джекобсона становятся явью, все более заметно изменение глубинной основы всей компьютерной науки и технологии. Печатная электроника сможет дать человеку не только смышленые обои для жилищ, но и позволит не отстать от быстро меняющейся действительности. Каждый сможет скачать из Сети схемотехнику интегральных цепей, немедленно «материализовать» их и начать использовать, наподобие того, как это делается сегодня с загружаемыми и сразу же исполняемыми программами из Интернета. То есть сами сущности, которые именуются hardware и software, перестанут различаться: грань между «жестким» и «мягким» исчезнет навсегда.