Конвенционална мудрост каже да се електроника и вода не мешају: то знате чак и ако вам мобител никада није исклизнуо из руке у, рецимо, каду. Тако сам протеклог лета са неким алармом гледао Јохна А. Рогерса како весело гађа воду интегрисаним кругом.
Из ове приче
[×] ЗАТВОРИ
Циљ Јохна Рогерса није ништа друго до граница између човека и машине. (Фотографска илустрација Тимотхи Арцхибалд) 
Технолошка чуда која произлазе из Рогерсовог истраживања укључују камеру инспирисану оку инсекта. (Џон Рогерс, Институт Бецкман, Универзитет Илиноис у Урбана-Цхампаигн) 
Лобања која прати јачину судара у главу. (Фотографија љубазношћу МЦ10) 
Истраживање Јохна Рогера створило је електроду која се утискује у мозак. (Џон Рогерс, Институт Бецкман, Универзитет Илиноис у Урбана-Цхампаигн) 
Пре стварања уређаја за тело, Рогерсов тим тестирао је материјале разноврсне попут силицијума и галијум-нитрида. (Џон Рогерс, Институт Бецкман, Универзитет Илиноис у Урбана-Цхампаигн) 
Фото галерија
Сличан садржај
- Ови флексибилни сензори могу вам помоћи надгледати пацијента који пати од опоравка
- Ова носива 'Чарапа од срца' једног дана може спасити животе
Били смо у лабораторији на Универзитету у Илиноису у Урбана-Цхампаигн-у, а Рогерс - тамошњи научник за материјале, и слика доброте у оштрим поло, хакисима и прстенима извиђача - користио се боцом генеричког спреја. Круг, радио осцилатор, блистао је на комадићу вештачке траве коју су неки постдоквари поставили као позадину на отвореном.
Прва вода се проузроковала да се круг полако завија, попут остатака папира који се управо запалио. Кад је Роџерс поново прскао, круг се сагнуо и срушио на себе. Следеће посипање биле су смртоносне ударце: Круг и његова провидна свилена подлога преливали су се у течну куглу која се спуштала низ дугу траву. Оно што је неколико секунди раније било функционални део електронике са диодама, индукторима и силиконским транзисторима, сада није било више упадљиво - нити дуго за овим светом - од капљице јутарње росе.
"Да, прилично је забавно", каже Рогерс, који има 46 година и има озбиљан став према момку. Али ово није био трик са трибином. Рогерс и његов тим истраживача дизајнирали су круг за "пролазност": Рођен је да би умро. И како Рогерс то види, то би могло да покрене електронику у непромењене воде у медицини, еколошким студијама и националној безбедности. Ускоро ћемо видети сензоре који прате крвни притисак у аорти након операције срца, а затим се растварају када пацијент изађе из шуме. Или нетоксични мобилни телефон намјерно испуштамо одвод кад смо спремни за надоградњу. Или осетљива технологија на бојном пољу која иде плоп-плоп-физз-физз пре него што падне у непријатељске руке. „Надамо се да у овоме има много вредности“, каже он. "То није само знатижеља."
Пролазна електроника је можда најснажнији изум који тек треба да изађе из Рогерсове лабораторије, фабрике идеја чија се стопа објављивања у већим научним часописима слаже само с излазом из гизмова који привлаче наслове. Рогерс, који држи једну од највиших столица на универзитету, има именовања у пет одељења. Такође руководи школском лабораторијом за истраживање материјала Фредерицк Сеитз. Аутор је или коаутор десетина чланака већину година, од којих су многи за часописе попут Сциенце анд Натуре . Али његова лабораторија, за сву озбиљну науку, могла би подједнако лако да буде уназад за Биониц Цовека.
Роџерс и његови сарадници изградили су електрологе у облику целофана, који омотају валовите површине срца. Направили су камере у облику очне јабучице које опонашају поглед људи и инсеката и мекане нити ситних ЛЕД-ова које се могу убризгати право у мозак. Током моје посете, постдоц ми је показао привремену тетоважу коже напухану транзисторима - „епидермалну електронику“ - која би могла да ослободи болничке болнице од запетљања жица и сензора за спајање који држе лекаре на корак од виталних знакова.
Роџерс је постао научан свет не само због сањарења о тим идејама, већ и због загонетке како да их изгради. Много његових увида резултат је проучаваног непоштовања статуса куо о везама на бази силицијума.
Чврстоћа, крутост и трајност су камен темељац модерне електронике. Они су уграђени у њен врло најлепши речник: микро чип, чврсто стање, штампана плоча . За 90 посто ствари које електроника ради данас, то може бити у реду. Рогерс је заинтересован за осталих 10 процената: Жели да хардвер постане мекан - довољно мекан за покретне, отекле и пулсирајуће контуре људског тела и природног света. Његова мета није ништа друго до граница између човека и машине. Мозак је "попут Јелл-О-а и временски је динамичан, и креће се около", каже Рогерс. „Силиконски чип се у потпуности не подудара у геометрији и механици и не може прихватити кретање без ограничења тог покрета.“
Наравно, електронска сонда може бити уроњена у ткиво мозга. „Али сада имате иглу у посуди Јелл-О која се врти около.“ Ко би то желео?
За кратко време, Рогерс је, као и други истраживачи, видео решење као пластично коло. Али, флексибилност пластике настала је по ономе што се испоставило великим трошковима: електрично је био 1000 пута спорији од силицијума, суперзвијезда полуводича. „Не бисте могли учинити ништа што захтева софистициране, велике брзине“, каже он.
Тако је силикону дао други поглед. Убрзо је развио технику резања у листове тако нестабилно танке - 100 нанометара или једну хиљаду танких попут људске длаке - да је учинио нешто што је сањао могуће: савијао се, увијао и, чак, када је утакнут у змијан облик, чак испружен. Затим је отишао даље. У пропратном чланку у Сциенце-у прошле године, он је објавио да ако направите још силицијум скинниер-а - 35 нанометара - он ће се за неколико дана у потпуности растопити у биолошку течност или воду.
Конвенционална дебљина једног милиметра у облику силиконске резине, Рогерс је знао, нема никакве везе са проводљивошћу: крађа је углавном ту како би роботи могли да је померају кроз различите кораке израде, без пробијања.
"Имате ову гигантску индустрију која се заснива на електроници заснованој на вафлама, и због тога људи традиционално гледају на силикон и кажу:" Па, није флексибилан. Морамо развити другачији материјал за флексибилне склопове ", каже он. „Али ако о томе више размишљате на нивоу механике, брзо схватите да није проблем у силицијуму, већ у проблему са вафељем. А ако сте у стању да се ослободите основних материјала од силицијума који нису укључени у рад кола, остаћете са врло танким листом силикона “, дискетним попут лабавог папира.
На крају једног радног дана у јулу, Роџерс се убацио у конференцијску салу поред своје канцеларије и изашао неколико тренутака у атлетским шортсима, белим чарапама и патикама. Пре него што смо напустили кампус, упознали смо његову жену и сина за тенис у јавном парку, обишао ме његова канцеларија, чије су полице за књиге биле препуне демонстрација његових изума, смештених у пластичним кутијама за драгуље: Етикете гласе: „фли еие цамера, „Сензор близине на винил рукавицама“, „растезљиве соларне ћелије“, „уврштена ЛЕД“.
Рогерс одбацује идеју да његова флексибилна и растезљива електроника представља било какав квантни скок. „Наше ствари су у ствари само невтонска механика“, каже он. Силикон му је творнички направљена резина шта је лист папира дво-четири: иста салама, само резана много виткија.
„Једна од Јохнових предности је што препознаје како да користи технологију која већ постоји у високо развијеном облику и да јој дода нешто ново тако да има нове примене“, каже Георге Вхитесидес, познати хрварски хемичар, у чијој је лабораторији Рогерс радио као постдоц. "Изузетно је креативан у овом размаку између науке и инжењерства."
Рогерсови пролазни склопови обложени су протеинима свиле који штите електронику од течности и могу се формулисати да се растопе за неколико секунди или неколико година. Унутар свиле су компоненте склопа чији се материјали - силицијум, магнезијум - разграђују на хемикалије које се налазе у неким витаминима и антацидима. (У говору са инжењерском групом прошлог децембра, Рогерс је усудио гурнути један од својих кругова. "Има укус пилетине", нашалио се с публиком.)
Године клиничких испитивања, праћене одобрењима прописа, чекају свако уношење ових уређаја у људско тело, а тачно како се напајање и бежично повезивање са њима налази у области активног проучавања. Али свети науке, бизниса и владе све су рано и често приметили пажњу. 2009. године, Фондација МацАртхур, доделивши му "генијално" заједништво, назвала је његов рад "темељем револуције у производњи индустријске, потрошачке и биокомпатибилне електронике". Две године касније, освојио је награду Лемелсон-МИТ, својеврсну Оскара за проналазаче. Свако је дошао са чеком на 500.000 УСД.
Да би прикупио свој огроман патентни портфељ, Рогерс је суоснивач четири стартуп компаније. Прикупили су капитал десетине милиона долара и проматрали су тржишта - биомедицину, соларну енергију, спорт, надгледање животне средине и осветљење - једнако еклектичне као и његови креативни нагони. Раније ове године, једна компанија, МЦ10, у партнерству са Реебоком, лансирала је свој први производ: Цхецклигхт, лобању са флексибилним силиконским круговима, носити сама или под фудбалским или хокејашким кацигама, који упозоравају играче на потенцијално потресне ударце главом са сетом трептаја ЛЕД.
***
Рогерс је рођен 1967. године у Ролли, Миссоури, најстаријег од два сина. Две године касније, на дан када је његов отац, Јохн Р. Рогерс, положио усмене испите за доктора физике на државном универзитету, породица се угурала у аутомобил за Хоустон. Тамошња лабораторија Текацо ангажовала је свог оца да извиђа нафту акустичким претрагом подземних стенских формација.
Његова мајка Паттианн Рогерс, бивша учитељица, остала је код куће док су дечаци били млади, и писала је поезију, често о науци и природи.
Породица се настанила у предграђу Хјустона у Стафорду, у новом одељењу које је граничило са пашњаком. Џон и његов млађи брат Артие одлазили би у поља и враћали се сатима касније са змијама, шкљоцатим корњачама и менагеријом „штетника“, рекла ми је његова мајка.
Паттианн је одушевила природу својих синова, учествујући у њиховим вањским ескападама и често записујући биљешке након тога. Издала би више десетина књига и освојила пет Пушкарт награда, као и Гуггенхеим-ову стипендију.
На питање да ли је било која од њених песама инспирисана посматрањем Јована као дечака, усмерила ме је у "Концепти и њихова тела (Дечак у пољу саму"), о пресеку природне мистерије и научне апстракције.
„Гледајући у очи корњаче од блата / довољно дуго, тамо види концентричност “, започиње.
Рогерс ми је рекао да ће се разговори за вечеру из детињства „кретати у распону од физике и тешке науке са мојим оцем, и више инспиративних аспеката науке кроз моју маму. Увела је идеју да су креативност и уметност природни део науке. Не само његово извршавање, већ и импликације и увиди који произлазе из њега. "
Роџерс, који је похађао јавне школе и постао извиђач орао, ушао је на свој први научни сајам у четвртом разреду са „овим громогласним параболичним рефлектором који би могао да однесе тексашко сунце и једноставно га учини нуклеарним у погледу снаге коју можете да створите.“ у петом разреду, победио је на сајму широм света са кутијом огледала и извора светлости који су створили илузију човека који улази у НЛО.
Завршио је течај тако брзо да је већи део његове средњошколске године био независни студиј. Са суперрачуналима у очевој лабораторији и низом несигурних података о дубини звука, написао је нове алгоритме за мапирање океанског дна и открио џиновски слани језик на дну Мексичког заљева. Резултати су зарадили Рогерс снагом стипендија на колеџу на научном сајму који се одржао у Хоустону, те године одржаном на Астродомеу.
У додипломским данима на Универзитету у Тексасу у Аустину, пријавио се за рад у лабораторији професора хемије. Трудио се раме уз раме са вишим истраживачима усред све оне блиставе стаклене галантерије и био је задивљен. Данас је у сопственим лабораторијама издвојио 30 до 50 места за подземне жељезнице, готово колико и остатак одељења за науку о материјалима. "Не морам да гледам оцене: ако желе, унутра су", каже он. „Показује им да је настава у учионици важна за науку, али то није сама наука.“
Дипломирао је хемију и физику у Аустину, а потом је стекао мастер студије на истим предметима на МИТ-у. Кеитх Нелсон, стручњак за оптику на МИТ-у, био је толико импресиониран Родгеровим раним записом да је предузео необичан корак писања писма, позивајући га да настави докторат. „Само је имао толико показатеља да је могао да постигне сјајне ствари у науци“, каже Нелсон.
У својој другој или трећој години постдипломске школе, Роџерс је пронашао начине за усмеравање Нелсонових метода. У једном запаженом случају, заменио је паучицу ласерских снопова и мукотрдно нагнута огледала - која се користе за проучавање пригушивања звучних таласа - једном маском која раздваја светлост, а која је постигла исте резултате једним снопом у делићу времена.
Да ли је неко раније то помислио? Питао сам Нелсона. „Могу вам рећи да смо то требали схватити раније, али чињеница је да нисмо. А не мислим само на нас ", рекао је. "Мислим на цело поље."
За свог доктора наука, Роџерс је осмислио технику одређивања својстава танких филмова подвргавајући их ласерским импулсима. Људи у индустрији полуводича почели су обраћати пажњу и пре него што је завршио факултет. За контролу квалитета, фабрикама су потребна прецизна мерења ултра танких унутрашњих слојева микрочипа док се таложе. Превладавајући метод - тапкање слојева сондом - није био само спор; такође је ризиковало ломљење или прљавштину чипа. Рогерсов ласерски приступ понудио је мучно решење.
У својој завршној години на МИТ-у, Рогерс и један разредник регрутовали су ученике из школе за управљање Слоан-ом у школи и написали пословни план од 100 страница. Нелсон је посегнуо за комшијом који је био предузетни капиталиста, а пре дуго је група имала инвеститоре, генералног директора и састанке у Силицијумској долини.
Прелазак са учионице на учионицу није увек био углађен. На састанку у Тенцору, компанији за тестирање чипова, Рогерс је пројектовао транспарентност након транспарентности једначина и теорије.
"Станите, ово је превише", реже извршни директор Тенцор-а. „Зашто ми не кажете шта можете мерити, а ја ћу вам рећи можемо ли то да користимо."
Роџерс је прошао кроз његову листу: крутост, одлагање, уздужна брзина звука, топлотни пренос, коефицијент експанзије.
Не, не брини, не, не, рекла је извршна власт. Шта је са дебљином? Можеш ли да урадиш то?
Па, да, рекао је Роџерс, иако је то био једини мерник који он није ни навео у свом пословном плану.
То је оно што желим, рекла је извршна власт.
„То је био основни тренутак у свим нашим животима“, сећа се Маттхев Банет, разредник МИТ-а који је суоснивач стартапа и сада је главни технолошки директор компаније за медицински софтвер и уређаје. "Вратили смо се с реповима између ногу."
Назад у Цамбридгеу, провели су месеце дружећи се са ласерским системом, све док није учинио управо оно што је Тенцор желео: измерити разлике у дебљини од једне десетине ангстрома - или једну стоту милијарду метра.
Давање и узимање између индустрије и изумитеља било је откриће. Роџерс је видео да „понекад технолошки потисак потиче научно разумевање, а не обрнуто.“ Он и његове колеге већ су објавили радове о ласерској техници, али Тенцор-ови захтеви присилили су их да се врате на плочу за цртање „да би разумели много више о томе оптика и физика и акустика и обрада сигнала.
"То је све научно истраживање ставило у контекст нечега што би могло имати на значају осим објављивања у научном часопису."
Рогерсов ласерски старт, Ацтиве Импулсе Системс, прикупио је три милиона долара ризичног капитала и продао своју прву јединицу, ИнСите 300, 1997. године. У августу 1998., три године од оснивања, Пхиллипс Елецтроницс је у целини преузео посао. милион.
***
Ако је лабораторија Кеитх Нелсон научила Рогерса како да мери, лабораторија Георге Вхитесидеса на Харварду научила га је како да гради. Рогерс је тамо отишао 1995. године, одмах након што је зарадио докторат. Тада је страст Вхитесидеса била мека литографија, техника употребе гуменог печата за штампање узорка мастила дебелих молекула. Роџерс је убрзо видео свој потенцијал за убризгавање кругова на закривљене површине, попут оптичког кабла. Та идеја - и патенти и папири који су уследили - освојили су му понуду за посао компаније Белл Лабс, легендарне истраживачке јединице АТ&Т-а, у северном Њу Џерсију. Рогерсова супруга Лиса Дхар, друга физичка хемичарка и МИТ разредница за коју се оженио 1996. године, већ је тамо радила; водили су везе на дуже релације.
"За мене је то био рај", каже он из компаније Белл Лабс, која је пионирала транзистор, ласерски и оријентисани програмски језик попут Ц. "Привукла ме та веза између науке и технологије." Али пад телекомуникација 2001. године довели су до масовних отпуштања у Белл Лабс, а онда је уследила још једна бомба: Млади истраживач из Роџерског одељења измислио је податке за скуп главних радова, скандал који је произвео националне наслове. Рогерс је одлучио да се пресели на Универзитет у Илиноису, каже он, због свог ускоченог инжењерског одељења и великих ресурса за интердисциплинарна истраживања. (Такође је беба - њихово једино дете, Јохн С. - била на путу, а породица његове жене била је из Чикага.)
Пре много времена, Роџерс је окупио истраживачку групу од 25 постдоктора, 15 постдипломца и неколико десетина студената. Величина групе омогућила је толико разноврсне сарадње да би их се могло назвати промискуитетним. Током моје тродневне посете, Рогерс је имао састанке или конференцијске позиве са експертом за наноцјевчице са Универзитета Лехигх; кардиолог са Универзитета у Аризони; специјалиста за термичко снимање у Националном заводу за здравље; тим теоријских физичара који су се возили аутомобилом са Универзитета Северозапад; и модна професорица која је дошла из Института за уметност у Чикагу да разговара о одећи која се шири ЛЕД-ом.
Током једног од полусатних термина у које је подијелио свој 13-сатни радни дан, гледали смо како пет студената додијели прецизно темпиране презентације о својим љетним истраживачким пројектима. Рогерс, ноге одскакуће испод стола као да се утркује ка неком новом откривењу, гњавио је студенте питањима, пуцнуо групну фотографију и давао поклон-картице главним присутнима - све пре пола сата.
Вхитесидес ми је рекао да је Рогерс неоптерећен синдромом „није изумљено овдје“ који погађа многе научнике, који се боје да сарадња некако наговештава њихову оригиналност. „Јованово гледиште је да ће га, ако је добра идеја, савршено користити на нови начин.“
„Многи најзначајнији помаци у истраживањима догађају се на границама традиционалних дисциплина“, каже Рогерс. Његов научни чланак о пролазној електроници наводи 21 коаутора, са шест универзитета, три земље и једне комерцијалне консултантске фирме.
Студенти су инспирисали неке од његових најпознатијих изума. Чувши како Роџерс говори о мекој литографији, неко се запитао да ли је технологија икада оживила силицијум, а не само молекуле мастила. "Није имао појма како то учинити, али то је изнео као питање: врсту питања које би поставио студенту прве године."
Проблем са којим се Рогерс суочио био је: Како претворити чврсти силицијум у сунђерасту тампон плочицу? Из низа експеримената открио је да ако нарезујете силиконски ингот у облоге под неортодоксним углом, а затим перете опрате у одређеној хемијској отопини, можете ублажити танки површински слој који би се отиснуо на маркици попут мастила. На примјер, образац - елемент кола - може се скинути и исписати на другој површини.
„То нико прије није учинио“, каже Цхристопхер Беттингер, научник за материјале из Царнегие Меллон. Међу мноштвом техничких енигми које је Рогерс откидао, рекао је, "реверзибилна лепљивост".
"Ако лижете прст и ставите га у шећер у праху, можете покупити шећер у праху", рекао је Беттингер, аналогно томе. „Али како онда одложити шећер на нешто друго?“ Роџерс је то урадио променом брзине: да би мастирао жиг, брзо додирнуо и подигао; да бисте се уписали на нову површину, додирните и полако подижите. Откриће му је омогућило да имплантира силиконске „наномембране“ скоро свуда: пластика и гума, за његову електронику сличну тетоважи и свиле за раствараче. Открио је да може чак и утиснути кругове директно на кожу.
Александер Нои, стручњак за биоелектронику у Националној лабораторији Лавренце Ливерморе, рекао ми је да је Рогерсов стас производ „папира, позваних разговора и записа“, али и од нечег нематеријалног: „цоол фактор“.
***
Новац за пролазни Рогерсов електронички рад долази углавном од Агенције за напредне истраживачке пројекте у области одбране (Дарпа), јединице Министарства одбране која финансира неке од најлуђих идеја у науци.
Рогерс, који има одобрење за сигурност владе, каже да Дарпа жели да остане мама због конкретних војних апликација. "Али можете замислити", каже он. Нисам морао. Извештај из јануара 2013. на веб локацији Дарпа изричит је о циљевима програма „Ванисхинг Программабле Ресоурцес“ који је потиснуо Рогерсово истраживање: Агенција тражи начине да се позабави радио, телефонима, даљинским сензорима и другом софистицираном електроником која се ветра горе „раштркани по бојном пољу“ након америчких војних операција. Ако га ухвати непријатељ, овај е-отпад могао би „угрозити стратешку технолошку предност ДоД-а.
„Шта ако је та електроника једноставно нестала када више није потребна?“, Каже се у издању.
Нема сумње да ће К - шеф лабораторија британске тајне службе у филмовима 007 - бити импресиониран. Роџер се са своје стране чини прилично забринут због апликација о којима може да разговара. Он и његове колеге замишљају сензоре који прате изливање нафте током унапред одређеног периода, а затим се топе у морску воду, и мобилне телефоне са нетоксичним струјним круговима који биоразграђују уместо отровне депоније - и не остављају за собом меморијске картице за снимање које би прикупило личне податке. Такође виде шкрињу са медицинским уређајима: „паметне стенте“ који извештавају колико добро артерија зараста; пумпа која титра лек у тешко доступно ткиво; „Електро лекови“ који се боре против електричних импулса, а не лекова.
Једна предност „пролазности“ код привремених медицинских имплантата је та што би пацијентима поштедио трошкове, гњаваже и здравствене опасности због друге операције за преузимање уређаја. Али Рогерс каже да је циљ мање заменити постојећу ин виво технологију - попут пејсмејкера, кохлеарних имплантата или дубоких можданих стимулатора - него довести електронику тамо где никада раније нису били.
***
Недуго затим, Рогерс је са својом проширеном породицом одлетио на Малту, где његов брат ради као дизајнер видео игара. Роџерс је приметио нешто дјубре док се ронио, а у таксију од плаже до куће његовог брата његова мајка Паттианн, песница, чудила се еволуцији рибе са очима на леђима. "Различити начини да живот опстане", рекла је сину, водећи разговор у мистичном правцу. "Зашто је то?"
Њен син је подједнако радознао због иверице, али из разлога који нису имали никакве везе са метафизиком.
"Није разлог за то ", рекао јој је. "То је како : Како су то урадили."
