Technologické míľniky v oblasti informácií a komunikácie

Vývoj elektroniky, chémie a strojárskeho priemyslu od konca devätnásteho storočia po dnešok nám umožnil byť v okamžitom kontakte so zvyškom sveta. Spôsob života ľudí sa za posledné storočie prudko zmenil z vidieckeho na mestský, zo vzdelania pre elitu sa stalo masové vzdelávanie pre všetkých, poľnohospodárstvo nahradzoval výskum. Následný tok informácií, nových nápadov, ľudí a materiálov priniesol výrazné sociálne zmeny. Nespočetné objavy prispeli k vývoju mnohých komunikačných prostriedkov, ktoré potrebujeme na zachytenie, úschovu a prenos informácií. Bezdrôtová komunikácia a optické vlákna slúžia našej modernej internetovej spoločnosti. Kremíková chémia a vysokovýkonné polyméry umožnili vznik dnešných počítačových mikroprocesorov. Film, televízia a fotografia zachytávajú naše spomienky. To všetko sú výsledky technologického pokroku. Dosiahnuté vedecké objavy prispievajú k udržaniu kontaktov medzi vzdialenými členmi rodiny a priateľmi.

Pokroky v telekomunikácii


Odkedy Bell vynašiel telefón v roku 1876, stal sa tento základným kameňom nášho moderného života ponúkajúc takmer okamžité spojenia po celom svete.

Prvá hlasová konverzácia bola prenesená naprieč Atlantikom v roku 1926 a v roku 1927 bola zriadená vysielačková telefónna služba medzi New Yorkom a Londýnom. Firma AT&T spustila medzinárodnú telefónnu službu v roku 1935. Medzikontinentálna telefónna služba bola nakoniec spustená pomocou podmorských káblov v roku 1956 a od roku 1962 pomocou satelitov. Dnešní inžinieri nás posunuli od medených káblov k optickým, od spojovacích centrál k satelitom a od spoločných telefónnych prípojok k internetu.

Mobilné telefóny a pagery závisia od tlačených integrovaných obvodov, pokrokových materiálov a miniaturizačných technológií. Laboratóriá AT&T vyvinuli mobilné telefóny do auta už v 40-tych rokoch minulého storočia, ale verejnosť nezaujali kvôli nedostatku komunikačných kanálov. 80-te roky boli veľkým zlomom, keď bola bezdrôtová komunikácia rozdelená na skupiny buniek, ktoré automaticky prepínali pohybujúcich sa telefonujúcich a každá bunka tak mohla byť použitá viackrát. Mobilné telefóny sa rýchlo stali žiadanými.

Napriek tomu, že nemecký vynálezca Arthur Korn elektronicky preniesol prvé obrázky už v roku 1902, prvý funkčný fax debutoval až v roku 1924. Využíval upravené telefonické obvody na prenos obrazu pomocou telefotografie: Svetlé a tmavé miesta fotografie boli premenené na elektrické signály, ktoré reprezentovali odtiene na fotografii. Tieto signály boli telefonicky prenesené na prijímací filmový negatív a potom vyvolané v tmavej komore. V roku 1949 bola predstavená prvá xerografická kopírka, ktorá umožňovala presnú replikáciu obrazu. Prínos chémie do vývoja faxu znamenal nové tonery a atramenty, modernú papierovú technológiu a nakoniec technológiu organických fotoreceptorov v 70-tych rokoch.

Optické vlákna dnes poskytujú infraštruktúru na prenos informácií pomocou laserového svetla, čo predstavuje revolučný technický pokrok. Vedeckí výskumníci vynašli prvé optické vlákno v roku 1970. Odvtedy boli tieto vlákna produkované a používané ako integrované súčasti. Prvý svetelný systém na prenos hlasu, dát a videa cez sieť bol inštalovaný v roku 1977. Dnes dokáže jeden optický kábel preniesť milióny telefónnych hovorov, dátových súborov a videozáznamov.

Do 60-tych rokov minulého storočia bola hlasová komunikácia medzi Severnou Amerikou a ostatnými kontinentmi veľmi drahá. V roku 1962 bol na orbitu vypustený prvý aktívny komunikačný satelit Telstar.

Vývoj týchto satelitov nebol jednoduchý, vyžadoval si vyvinúť štruktúrne materiály (kovové zliatiny, plasty a ďalšie moderné materiály), počítačové a elektronické súčasti a palivovú technológiu nutnú na ich vypustenie. Komunikačné satelity hrali hlavnú úlohu v rozširovaní možností medzinárodných aj domácich hovorov na veľké vzdialenosti až do 90-tych rokov. Dnes sa komunikačné satelity využívajú pri televíznych prenosoch vrátane priamych prenosov na domáce satelitné prijímače s digitálnou televíziou. Využívajú sa tiež na navigáciu prostredníctvom GPS, presné určovanie polohy a snímkovanie zemského povrchu.

Výpočtová technika

Inžinierstvo poháňalo výpočtovú revolúciu a stále pomáha pri vytváraní rýchlejších, výkonnejších a lacnejších počítačov. V roku 1939 bol zhotovený prvý elektronický počítač na Iowskej štátnej univerzite. V 40-tych rokoch sa začali objavovať programovateľné kalkulačky s binárnou sústavou a booleovskou logikou. V roku 1946 bol spustený prvý elektronický digitálny počítač ENIAC.

Prvý minipočítač uzrel svetlo sveta v roku 1962. V roku 1971 spoločnosť Intel predstavila 4-bitový mikroprocesor 4004 a trh s osobnými počítačmi (PC) odštartoval. Dnes vývoj pokračuje s tranzistormi, kremíkovými čipmi, integrovanými prvkami, zariadeniami na úschovu dát a rôznymi modernými materiálmi.

Veda umožnila vytvorenie polovodičov z kremíka a germánia na poháňanie dnešných počítačov, spotrebičov a komunikačných prostriedkov. Oproti kovom u polovodičov so zvyšujúcou teplotou ich vodivosť stúpa. Umožňujú, aby boli elektronické prvky menšie, rýchlejšie a energeticky úspornejšie. Výskumníci v polovodičovom priemysle poskytujú kontrolu kvality komponentov, optimalizáciu výrobných procesov, odstraňovanie nedostatkov a inováciu v mikroelektronických zariadeniach.

V roku 1947 John Bardeen, William Shockley a Walter Brattain ukázali, že tok elektriny cez kremík môže byť ľahko kontrolovaný. Potom boli vytvorené prvé kremíkové čipy, integrované obvody a mikroprocesory umožňujúce vznik dnešných výkonných počítačov. Kremíkové čipy (1961) sa skladajú z tranzistorov, rezistorov, kondenzátorov a pamäťových čipov, ktoré sú zabudované do vrstiev kremíka a prechádzajú zložitým chemickým procesom. V roku 1967 bola vyrobená prvá prenosná kalkulačka s integrovaným obvodom. V 80-tych rokoch boli integrované obvody použité v počítačoch. Na obrázkoch je prvý integrovaný obvod a jeho súčasná podoba.

V posledných rokoch došlo k výraznému zlepšeniu v počítačových zobrazovacích zariadeniach. Farebné grafické obrazovky s vysokým rozlíšením sú založené najmä na technológii katódovej trubice (CRT). V roku 1969 boli vynájdené obrazovky s technológiou tekutých kryštálov (LCD) založené na organických zlúčeninách. Súčasný ďalší vývoj predstavuje obrazovky s tenkofilmovými tranzistorovými tekutými kryštálmi, kde je každý bod obrazu ovládaný vlastným tranzistorom. LCD panely veľmi rýchlo vytláčajú staršie katódové obrazovky.

Údaje musia byť zaznamenávané, aby mohli byť neskôr opakovane použiteľné. Inžiniersky pokrok zaistil, že médiá pre toto nahrávanie sú veľmi kvalitné, ľahko použiteľné a lacné. Rýchly vývoj možností zaznamenávania (vyššie rozlíšenie, väčšia rýchlosť, farba), fotografických filmov, magnetických audio-pások a digitálnych obrázkov spôsobil tiež nutnosť vývoja dátových zariadení. V roku 1955 americký vynálezca a počítačový priekopník Reynold Johnson vyvinul prvý pevný disk na úschovu digitalizovaných dát.

V súčasnosti sú stále populárnejšie tzv. flash pamäte založené na elektronických obvodoch bez pohyblivých súčastí, čo z nich robí oveľa odolnejšie médiá.

Vývoj zábavného priemyslu

Fotografia a filmová technika nám umožňuje zachytiť najdôležitejšie zážitky a ľudí v našom živote.

V roku 1927 vznikol prvý celovečerný film so synchronizovanou hudbou a dialógmi, The Jazz Singer. V neskorých 30‑tych rokoch boli vďaka vývoju spoločnosti Technicolor uvedené prvé farebné filmy, čo znamenalo obrovský kinematografický pokrok. Chémia filmu si vyžadovala niekoľko objavov v oblasti základných materiálov, rôznych chemických roztokov a svetelnej expozície.

Škótsky vynálezca John Logie Baird prvýkrát verejne predstavil televízor v Londýne v roku 1926. Na prenos obrazu používal Nipkowov kotúč patentovaný v roku 1883.

V roku 1927 Philo T. Farnsworth odvysielal prvý televízny obraz s použitím katódovej trubice, ktorá bola vynájdená v roku 1897.

Ďalších 20 rokov v elektronike vládla éra vákuových elektrónok. V 50-tych rokoch bolo uskutočnených mnoho vylepšení vrátane integrovaných obvodov v roku 1958. Ďalšie desaťročia priniesli nové zobrazovacie zariadenia, miniaturizačný pokrok a iné zdokonalenia elektroniky. Moderné televízory sú založené na technológii tekutých kryštálov alebo plazmovej obrazovke.

Vývoj batérií rovnako prispel k popularizácii fotoaparátov, napríklad, od 50-tych rokov boli veľmi populárne mangánové alkalické baterky pre malé fotoaparáty so zabudovaným bleskom. Dnes sú to skôr dobíjateľné nikel-metalhydridové (NiMH) alebo lítium-iónové (Li-Ion) batérie. Úprava filmových materiálov, elektroniky a batérií vyústila v roku 1963 do predstavenia kompaktného fotoaparátu Instamatic od firmy Eastman Kodak, ktorého sa počas 60-tych a 70-tych rokov predalo 50 miliónov kusov.

Dnes sú čoraz populárnejšie digitálne fotoaparáty a na vyvolávanie filmov sa postupne zabúda. Digitálna technológia postupne preniká aj do oblasti kinematografie, zatiaľ ale nepredstihla kvalitou klasický film.

Rozvoj elektroniky

Spotrebná elektronika, mobilné telefóny a osobné počítače vyžadujú pevné a odolné plasty, ktoré chránia citlivé elektronické obvody. Plasty sú vďaka ich nevodivým vlastnostiam v elektronických aplikáciách nenahraditeľné. Tok elektrónov vytvárajúci elektrický prúd nemôže preniknúť cez ich molekulovú štruktúru. Úpravou štruktúry molekúl a syntézou nových zlúčenín môžu chemickí inžinieri vytvárať nové materiály, ktoré sú zároveň pevné aj ohybné. Takéto materiály výrazne zlepšili odolnosť spotrebičov proti nárazu, znížili ich celkovú hmotnosť a znížili aj ich výrobné náklady.

V roku 1947 John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley vynašli tranzistor, ktorý postupne nahradil nespratné a krehké elektrónky, ktoré boli dovtedy používané na zosilnenie a prepínanie signálov. Maličký a spoľahlivý elektronický prvok zvaný tranzistor umožnil spojenie počítačov a komunikácie viac než ktorýkoľvek iný objav.

V roku 1954 bolo predstavené prvé a okamžite populárne tranzistorové rádio a v roku 1958 americký elektrický inžinier Seymour Cray zostrojil prvý tranzistorový počítač.

Elektronické materiály a mikroelektronické obvody sú srdcom obrovského množstva moderných produktov, ako sú CD a DVD prehrávače, televízory, počítače a bezdrôtové zariadenia. Elektronickí inžinieri pomohli vyvinúť menšiu, výkonnejšiu, úspornejšiu a lacnejšiu elektroniku. Nové materiály, postupy výroby vysokočistých a polovodičových materiálov vyústili do elektronických prvkov, ako sú tranzistory a integrované obvody, ktoré môžu byť spájané to komplexných obvodových sústav a prinášajú tak nové možnosti do širokého okruhu elektronických spotrebičov.

Lukáš F. Pašteka