گوریلا گلس: آن اشتباه «مفید» آزمایشگاهی در سال 1953 – برخی اکتشافات تصادفی‌اند اما روند توسعه دانش و فناوری، خیر!

این ترجمه ساده تقدیم می‌شود به استاد رضا منصوری

جیمز مک‌کنزی به شگفتی‌های گوریلا گلس فکر می‌کند – اختراعی که از میلیارد‌ها تلفن هوشمند، تبلت و لپ‌تاپ در سراسر جهان در برابر آسیب‌های ناخواسته محافظت می‌کند.

اختراع‌های تصادفی به طور ناخواسته تأثیر عمیقی بر زندگی ما گذاشته‌اند. برای مثال بعد از این که محققان 3M چسبی ساختند که مایوسشان کرد و قدرت چسبندگی پایینی داشت از آن برای ساختن کاغذهای استیکی استفاده کردند. همان کاغذهای یادداشتی که اینک در هر فروشگاه لوازم تحریر وجود دارند و ما مرتب از آنها استفاده می‌کنیم و باعث سازمان دادن به کارهایمان می‌شود.

داستان کشف اشعه ایکس توسط ویلهلم رونتگن که انقلابی در پزشکی تشخیصی ایجاد کرد، باز یک تختراع تصادفی بود.

پرسی لبارون اسپنسر – فیزیکدانی در Raytheon در ایالات متحده- پس از اینکه متوجه شد امواج مایکروویو از فرستنده رادار یک شکلات را در جیبش ذوب کرده‌اند، نوع جدیدی از اجاق را اختراع کرد که الان سر از هر خانه‌ای درآورده.

اختراع‌های عجیبی مانند این نشان می‌دهد که چرا همیشه نباید روی تحقیق و توسعه محصول به صورت “هدفمند” تمرکز کنیم و چرا باید به تحقیقات و آزمایش‌های که تصور نمی‌کنیم در گام اول سود مستقیمی داشته باشند، بها بدهیم.

زیبایی آزمایش‌هایی که حدس و گمان چیزی را برمی‌انگیزند یا اصلا با شکست مواجه می‌شوند، این است که می‌توانند به یافته‌هایی پیش‌بینی‌نشده منتهی شوند.

شیمیدان آمریکایی استفانی کولک در سال 1964  برای DuPont کار می‌کرد، زمانی که گروهش در جستجوی فیبر جدید سبک وزن و در عین حال مستحکم برای استفاده در لاستیک بودند، کولار را اختراع کرد.

اما اختراع تصادفی که می‌خواهم روی آن تمرکز کنم،چیزی است که همین الان میلیاردها نفر از آن سود می‌برند.

داستان یک اختراع تصادفی در کورنینگ گلس ورکز 

این اختراع در کورنینگ گلس ورکز در شمال نیویورک انجام شد. در اوایل دهه 1940، محققان در این شرکت شیفته و جذب یک آزمایش شدند که روی شیشه شفاف صورت می‌گرفت.

آنها متوجه شدند که در صورتی که شیشه در معرض گرما و نور خورشید برای مدت طولانی، قرار بگیرد می‌تواند تیره شود و تغییر رنگ دهد. رابرت دالتون، شیمیدان کورنینگ، که مشتاقانه این تحقیق را دنبال می‌کرد، نمونه‌هایی از شیشه یاقوت شفاف کریستالی را در معرض نور ماوراء بنفش قرار داد و سپس آن‌ها را در فر پخت. نتیجه آن شیشه‌ای با چندین رنگ مختلف بود.

به دونالد استوکی، یکی دیگر از شیمیدان‌های محقق کورنینگ که در سال 1940 به این شرکت پیوسته بود، دستور داده شد تا کاربرد‌های عکاسی احتمالی این شیشه جدید فوق‌العاده حساس به نور را بررسی کند. کار او منجر به ساخت شیشه‌ای شفاف بر پایه آلومینوسیلیکات شد که اگر حاوی مقادیر کمی طلا، نقره یا مس باشد، حساس به نور می‌شد. استوکی دریافت که حتی می‌تواند طرح‌های سه‌بعدی را روی شیشه حک کند، شیشه‌ای که به‌عنوان «FotoForm» فروخته شد و بعداً به عنوان ماده‌ای در بسته‌بندی لوازم الکترونیکی و  نیز برای ماسک‌های دیافراگم در تلویزیون‌های رنگی کاربرد پیدا کرد.

لحظه شگفت‌انگیز

لحظه بزرگ شگفت‌انگیز یک روز در سال 1953 رخ داد، زمانی که استوکی می‌خواست آزمایشی را انجام دهد که شامل گرم کردن یک تکه شیشه FotoForm تا دمای 600 درجه سانتیگراد بود.

ولی کوره دچار نقص فنی شده و استوکی به اشتباه شیشه را تا 900 درجه سانتیگراد گرم کرد. وقتی سعی کرد نمونه را از اجاق داغ خارج کند، از انبرش لیز خورد و به زمین خورد. اما به جای شکستن، لیوان – در کمال تعجب استوکی – ار روی زمین پرید!

او به تازگی اولین “شیشه سرامیک” را اختراع کرده بود. یک دسته جدید از مواد شیشه‌ای حاوی کریستال‌های ظریف با اشکال و اندازه‌های مختلف که در سراسر آن پراکنده بودند. در کار بعدی کورنینگ از این مواد در قابلمه‌های پخت و پز CorningWare استفاده کرد که در برابر شوک حرارتی مقاوم هستند و اگر مستقیماً از فریزر به داخل فر داغ منتقل شوند، نمی‌شکنند. CorningWare تنها یکی از اختراعات چند میلیون دلاری استوکی شد.

شیشه‌ای که قرار بود تجاری نشود مبادا تجارت قدیمی شرکت را برهم بزند!

شیشه‌ای که استوکی با نام تجاری Pyroceram ثبت کرد،  ترکیبی منحصر به فرد از ویژگی‌ها داشت، نه تنها در برابر حرارت مقاوم بود، بلکه بسیار سخت، و فوق‌العاده مستحکم و مواج رادیویی رادیویی را از خود عبور می‌داد. این ماده همچنین کاربرد‌ نظامی پیدا کرد و برای مثال در مخروط‌های دماغه گنبد‌های رادار مافوق صوت در موشک‌های هدایت شونده استفاده شد. بعد‌ها، در دهه 1960، کورنینگ نوع جدیدی از مواد Pyroceram را توسعه داد که مات نبود و در برابر نور مرئی شفاف بود.

این شرکت در ابتدا تصمیم گرفت این محصول جدیدتر را تجاری نکند، زیرا می‌ترسید که فروش محصولات شیشه‌ای بوروسیلیکات موجود و بسیار موفق کورنینگ را را کاهش بدهد.

در ادامه، به عنوان بخشی از ابتکاری که این شرکت نام Project Muscle را بر آن نهاد، کورنینگ به دنبال راه‌هایی برای قوی‌تر کردن شیشه برآمد.

بیشتر شیشه‌ها وقتی در معرض گرمای بالا قرار بگیرند و سپس سریع سرد شوند، طوری که لایه بیرونی آنها سریع‌تر سرد شود، تقویت می‌شوند. به این فرایند  tempering می‌گویند. با این کار سطح بیرونی فشرده می‌شود و شیشه محکم‌تر می‌شود و احتمال ترک‌ خوردن و ایجاد نقص میکروسکوپی در آن کمتر می‌شود.

با این حال، وقتی شیشه نازک باشد، ایجاد تفاوت قابل توجه در سرعت خنک‌سازی بین هسته و سطح دشوار می‌شود. در دهه 1960، محققان کورنینگ راهی برای تقویت شیمیایی شیشه پیدا کردند که اجازه می‌داد یون‌های کوچک‌تر در شیشه با یون‌های بزرگ‌تر در طی یک حمام شیمیایی جایگزین شوند. به لطف این فرآیند “تبادل یونی”، سطح شیشه به شدت فشرده می‌شود و بنابراین کمتر در معرض آسیب و تنش منتهی به شکستن می‌شود.

کورنینگ این شیشه را با نام تجاری Chemcor به فروش می‌رساند و تا اوایل دهه 1990 کاربرد‌های مختلف تجاری و صنعتی از جمله شیشه جلو اتومبیل، هواپیما، ویال مواد مخدر، شیشه ایمنی زندان، عینک ایمنی و باجه تلفن اپیدا کرد.

Chemcor درجات مختلفی از موفقیت تجاری داشت، اما همه چیز در ژانویه 2007 تغییر کرد، زمانی که استیو جابز، مدیر اجرایی آن زمان اپل، در  MacWorld آن سال در سانفرانسیسکو روی صحنه رفت.

استیو جابز وارد می‌شود

جابز در مقابل مخاطبان پرشور در Moscone Center یک دستگاه انقلابی جدید را معرفی کرد – اولین آیفون اپل. تا آن زمان، گوشی‌های هوشمند،صفحه نمایش کوچک غیرتعاملی داشتند و فضای قابل توجهی از جلوی گوشی‌های را صفحه‌های کلید فیزیکی می‌پوشاند.

آیفون 3.5 اینچی آمده بود تا بازار را متحول کند و با صفحه نمایش لمسی و دوربین و مرورگر وب خود دنیا را متحول کند.

اما یک روز پس از رونمایی دستگاه به جهانیان مشتاق، جابز متوجه مشکلی شد. صفحه نمایش آیفونی که جابز در جیبش داشت، ترک‌های ریز برداشته بود.

نمونه اولیه آیفونی که جابز نشان داده بود با صفحه پلاستیکی ساخته شده بود که از نظر مکانیکی قوی بود اما خراش برداشتن آن بسیار آسان بود.

چند سال قبل، کورنینگ فناوری شیشه‌ مستحکم شرکت را به جابز نشان داده بود و او اصرار داشت که وقتی آیفون پنج ماه بعد در ژوئن 2007 وارد بازار می‌شود، باید صفحه‌نمایش شیشه‌ای داشته باشد.

جف ویلیامز، به یاد می‌آورد که به جابز گفته بود که درخواست او غیرممکن است و تاکید کرده بود ساخت شیشه‌ای که به اندازه کافی بادوام باشد تا نیاز‌های جابز را برآورده کند، سه یا چهار سال طول می‌کشد. او گفت که تمام شیشه فعلی آزمایش شده و هیچ یک نتیجه خوبی نداشته‌اند.

جابز با تاکید کرد: “من نمی‌دانم چگونه می‌خواهیم این کار را انجام دهیم، اما وقتی در ماه ژوئن آیفون وارد بازار می‌شود، بایستی شیشه‌ای باشد. ”

دو روز بعد، ویلیامز با وندل ویکس، مدیر اجرایی کورنینگ تماس تلفنی گرفت. ویکس پیشنهاد کرد که شیشه Chemcor Corning که این شرکت به تازگی پژوهش  مجدد درباره آن برای استفاده از گوشی‌های هوشمند تحت نام ” Gorilla Glass ” آغاز کرده بود، می‌تواند راه حلی برای مشکل اپل باشد.

ویلیامز از تلاش چند ماهه بعد به عنوان «وحشت محض» باد می‌کند، زیرا دو شرکت به صورت مشترک تلاش کردند تا Chemcor را به چیزی تبدیل کنند که قابل استفاده در آیفون باشد.

کار نتیجه داد. ویلیامز به یاد می‌آورد: «زمانی که ما در ژوئن [2007] آیفون را وارد بازار کردیم، مشتریان آیفونی داشتند که حس زیبای شیشه‌ای داشت – شیشه کورنینگ – و ضد خش.

این امر به تنظیم تبلیغات آیفون هم کمک کرد. شیشه ضد خش که در نسل اول آیفون عرضه شد، بخش مهمی از موفقیت آیفون بوده است.

تسلط بر بازار

در گوشی‌های هوشمند اولیه، گوریلا گلس کورنینگ حدود 1 میلی‌متر ضخامت داشت و نمایشگر‌های کریستال مایع خازنی که در آن زمان استفاده می‌شد، به خوبی کار نمی‌کردند. اما علیرغم ضخامت آن، این شیشه سخت، به طرز شگفت‌انگیزی انعطاف‌پذیر و به طرز باورنکردنی مقاوم در برابر خش بود، درست همانطور که جابز می‌خواست.

این روز‌ها، کورنینگ نسل هفتم گوریلا گلس خود را تولید می‌کند که فقط 0.3 تا 0.5 میلی‌متر ضخامت دارد. البته، در حال حاضر رقبای زیادی وجود دارند که شیشه‌های گوشی هوشمند نیز تولید می‌کنند، از جمله Dragontrail از AGC ژاپن و Xensation از شرکت آلمانی Schott.

اما گوریلا گلس بر بازار مسلط است. تا سال 2017 چهل تولید‌کننده بزرگ از گوریلا گلس استفاده کردند و نه تنها در تمام آیفون‌ها و آیپد‌های اپل، بلکه در بیش از 1800 محصول از شرکت‌های مختلف استفاده شد.

بازار جهانی شیشه‌های گوشی هوشمند در سال 2020 حدود 1.63 میلیارد دلار ارزش داشت و گوریلا گلس در نزدیک به شش میلیارد دستگاه گنجانده شده است. با این حال، کورنینگ تمام شیشه‌های گوشی‌های هوشمند اپل را تأمین می‌کند و این شرکت در هر نسل از دستگاه‌ها بیشتر و بیشتر از آن استفاده می‌کند.

البته،گوریلا گلس هم در سقوطهای بسیار شدید گوشی‌ها ممکن است، آسیب ببیند.  به همین دلیل است که بازار مناسبی برای محافظهای صفحه نمایش که اغلب از مواد شیشه‌ای مشابه ساخته می‌شوند، وجود دارد. طبق گزارشی از MarketWatch در سال جاری، انتظار می‌رود که بازار محافظ صفحه نمایش از 2.3 میلیارد دلار در سال 2020 به 5.4 میلیارد دلار تا سال 2026 افزایش یابد.  به هرحال باید از گوشی هوشمندی که شاید بیش از 1000 پوند برای آن پرداخت کرده کرده‌اید، حفاظت کنید!

با این حال،اگر جابز ان همه اصرار نمی‌کرد و از همان صفحه نمایش پلاستیکی خش‌پذیر استفاده می‌شد، معلوم نبود که در گام اول مردم چه واکنش بدی به آیفون نشان بدهند.

و تصور کنید اگر یک آزمایش اشتباه و یک اجاق معیوب در کورنینگ گلس ورکز در سال 1953 در کار نبود، شاید آیفون این همه موفقیت به دست نمی‌آورد و شاید از جابز به عنوان نابغه یاد نمی‌کردیم!

ما باید از دونالد استوکی سپاسگزار باشیم!

استوکی در طول 47 سال کار خود در کورنینگ، شیشه‌های حساس به نور و عینک‌های شیشه‌ای فتوکرومیک افتالمیک Photochromic Ophthalmic را نیز تولید کرد و در نهایت بیش از 60 حق ثبت اختراع به نام خود ثبت کرد.

در سال 1986 مدال ملی فناوری ایالات متحده توسط رئیس جمهور رونالد ریگان به او اعطا شد. هنگامی که استوکی در سال 1987 به عنوان مدیر تحقیقات شیمیایی بنیادی کورنینگ بازنشسته شد، میراث از خود تحت عنوان جایزه استوکی به جا گذاشت. جایزه‌ای که هر ساله به کسانی “دستاورد‌های برجسته در تحقیقاتی منجر به اختراع” داشته باشند به یک دانشمند کورنینگ اعطا می‌شود.

استوکی سال 2014، در 99 سالگی درگذشت.

نتیجه‌گیری

سال‌ها پیش مجله دانشمند یک سری مقاله جالب با عنوان سرگذشت اکتشافات تصادفی در علم داشت. بعدها این مقالات به صورت کتاب هم منتشر شدند.

سرگذشت اکتشافات تصادفی در علم
312 صفحه – انتشارات دانشمند – 1371

همیشه وقتی این مقالات را مرور می‌کردم از خودم می‌پرسیدم که اگر چنین تصادف‌ها و اشتباهاتی رخ نمی‌داد و منجر به یک اختراع شگفت‌انگیز نمی‌شد، چه رخ می‌داد؟

بنابراین در خیالم دنیایی مثلا بدون پنی سیلین یا لاستیک را تصادف می‌کردم که می‌دانید هر دو تصادفی اختراع شده بودند.

اما بیشتر که فکر می‌کردم به یک نتیجه جالب می‌رسیدم، همیشه الهام‌ها و تصادف‌ها و هوشمندی در پیدا کردن کاربرد برای چیزهای ظاهرا بی‌ارزش، به سراغ افراد، شرکت، موسسات پژوهشی، دانشگاه‌ها و ملت‌هایی می‌آیند که به سختی در یک مسیر علمی حرکت کرده باشند.

افراد و نهادها و دولت‌هایی که برای دانش ارزش قائل باشند و به جای آماده‌خوری، برای تحقیق و توسعه ارزش قائل باشند. آنهایی که به جای ادای تحقیق درآوردن و پر کردن روزومه از هزاران مقاله کذایی و تلاش برای گرفتن رانت و وام پژوهشی، متوجه زیبایی علم شده باشند و آنقدر در مسیر عشقشان کوشنده باشند که لحظات باشکوه جذبه رسیدن به نتیجه و الهام به سراغشان آماده باشد.

مانند روند کلی تاریخ، توسعه دانش و فناوری هم تصادفی نیست. بله! ممکن است که تصور کرده باشیم که اگر هیتلر در نوزادی می‌مرد یا اگر اسکندر در مسیر حمله به ایران کشته می‌شد، تاریخ تغییر اساسی پیدا می‌کرد.

اما راستش، نه خیی زیاد! یعنی تقابل قدرت‌ها برای رسیدن به منابع انرژی و تجربه توام با خشونت برخورد ایدئولوژی‌ها به هر حال به صورت دیگری رخ می‌دادند و اوج و حضیض تمدن‌ها به هر حال با کمی تاخیر رخ می‌دادند.

در زمینه پژوهش و دانش و فناوری هم داستان مشابه است. اگر گوریلا گلسی در کار نبود، شرکت‌های بزرگ دیگری، مانند رقبای کنونی کورنینگ به هر حال سربرمی‌آوردند. اما در کجا؟

در کشورهایی که آرامش و ثبات اقتصادی و نظام‌مندی مناسب برای توسعه دانش در زمینه‌های مختلف را داشته باشند و به علوم پایه نه به عنوان چیزهای هزینه‌بر، بلکه به عنوان اندیشه پیش‌برنده مملکت نگاه کنند.

منبع: physicsworld

مطلب مرتبط:

۱۳ اختراع تصادفی که وارد زندگی‌مان شدند