O zap e o Nobel

29/11/2019

Hoje o celular esperto (smartphone) é onipresente, lembrando, quando desligado, a miniatura de outro objeto enigmático, simbólico e que, senão onipresente, aparentava onisciência: o monólito das cenas chave de "2001 – uma odisseia no espaço", obra-prima do cinema, dirigida por Stanley Kubrick. Ao toque do usuário, o mini monólito desperta e percebemos que o simples telefonar hoje compete com o autorretrato digital (conhecido por selfie) enviado por whatsapp ao grupo de amigos. Ao praticar essa ação com toda a naturalidade do mundo, não fazemos ideia da cadeia de esforços científicos que possibilitou o nosso cotidiano de comunicação. Uma contabilidade simples encontra uma sequência de seis prêmios Nobel de Física e Química, alguns marcos da pesquisa intensa durante um século, que tinham outros objetivos e perguntas, mas que, enfim, também se articularam e resultaram no teu companheiro esperto (smart).

O telefone esperto de hoje todos conhecemos, contudo, no início não passava de um telefone mesmo, invenção dos anos 1970. O nome celular tem seu motivo, que aparecerá brevemente no meio do texto abaixo. Tratava-se então de um telefone móvel sem fio de longa distância, ideia que já buscava sua materialização no início do século passado, como podemos ver na manchete de um jornal de 1902 sobre a invenção de Nathan Stubblefield (1860-1928), inventor autodidata, que se formou lendo artigos da Scientific American. O seu telefone sem fio era de curto alcance, baseado em um princípio físico chamado indução magnética, e não permitia transmissões privadas: "Ainda não encontrei um método pelo qual o telefone pode ser usado com privacidade. Onde quer que exista uma estação receptora o sinal e a mensagem podem ser ouvidos simultaneamente. Em algum momento, alguém descobrirá um método de sintonizar os instrumentos de transmissão e recepção de modo que só o destinatário atenderá". Na mesma época, era desenvolvida uma tecnologia bem mais promissora: emissão, transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas, previstas pelo físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) e confirmadas experimentalmente pelo alemão, também físico, Heinrich Hertz (1857-1894). Essa descoberta disruptiva, como se costuma dizer hoje em dia, despertou o interesse de pesquisadores profissionais e autodidatas em todo o mundo.  Dois deles levaram o prêmio Nobel de Física de 1909: Guglielmo Marconi (1874-1937) e Karl Ferdinand Braun (1850-1918) por suas contribuições para o desenvolvimento da telegrafia sem fio". Esse é o primeiro prêmio da sequência do título. Telegrafia sem fio virou o que passamos a chamar de rádio. A privacidade de ligações não era possível, assim o modelo de negócio que se firmou foi a radiodifusão e, claro, o "câmbio-desligo" para inúmeras situações e necessidades, de rádio amadores a operações militares (entretanto, o inimigo podia descobrir a frequência de transmissão para interceptar as mensagens).

Há vários caminhos para continuar a história e eu escolho aquele iniciado por Ferdinand Braun. A eletrônica nasceu com a telegrafia sem fio. Marconi foi mais bem-sucedido comercialmente usando válvulas eletrônicas para retificar as ondas eletromagnéticas captadas pela antena. Sem isso seria só chiado. Braun usava inicialmente uma descoberta dele quando era professor em um ginásio, ainda no século retrasado. Era um material estranho conectado a uma ponta metálica. O material chama-se galena, daí a origem do que os mais antigos ainda conhecem, o rádio galena.  A galena é um semicondutor e o dispositivo de Braun foi um dos primeiros dispositivos com esse tipo de material, cujas propriedades não seriam bem entendidas até o advento da mecânica quântica, graças à qual foi possível desenvolver dispositivos bem mais interessantes, como o transistor. Inventado em 1947, coincidentemente, ou não, nos laboratórios de uma companhia telefônica. Essa invenção rendeu o segundo Nobel dessa história, concedido a John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley em 1956. Não foram esses exatamente os transistores que tornaram os celulares possíveis, todavia, abriram o caminho para todos os outros tipos. Os transistores do trio de cientistas do Bell Labs, no entanto, possibilitaram o rádio de pilha, tornando realidade um imperativo cultural desde os tempos de Marconi e Braun: a mobilidade para estar sintonizado a qualquer hora. O conceito de imperativo cultural é do arqueólogo Michael Shiffer, que o aplica justamente ao "rádio de bolso da camisa": "imperativo cultural é um produto fervorosamente conjecturado por um grupo – seu círculo eleitoral – como desejável e inevitável, meramente aguardando os meios tecnológicos para sua realização". Talvez o celular, lembrando as manchetes do começo do século XX, também possa ser considerado um imperativo cultural, mas na era do rádio de pilha, ainda estávamos bem longe dele, quanto mais um que coubesse no bolso da camisa.

Enquanto Bardeen e companhia recebiam o prêmio Nobel, novos transistores estavam sendo desenvolvidos e, aparece marco seguinte dessa história: o circuito integrado, o famoso chip, inventados independentemente por Robert Noyce e Jack Kilby no final dos anos 1950. Kilby sobreviveu para ser reconhecido pelo prêmio Nobel de Física de 2000. Agora sim, tudo preparado para termos um telefone celular, que tem esse nome porque o desafio de que milhares ou milhões de pessoas falassem apenas com seus respectivos destinatários, como sonhava Stubblefield, foi resolvido com um gerenciamento de comunicação por uma rede de células (geográficas). Além, é claro, de aparelhos que coubessem pelo menos em uma bolsa. Estamos na década de 1970 e seu herói mais conhecido é Martin Cooper (que não ganhou o prêmio Nobel, mas uma série de outros). Contudo, esse ainda era apenas um aparelho que somente telefonava. Os novos tipos de transistores que eu mencionei permitiram uma novidade, inventada na mesma época dos primeiros celulares: os dispositivos de carga acoplada, ou os sensores de imagem ccd (charge-coupled device, em inglês) em um circuito integrado. Assim surgiram as câmeras dos celulares. Hoje os celulares não usam mais câmeras baseadas nesses dispositivos (as mudanças são rápidas, porém os novos sensores também têm suas raízes na mesma ciência), que ainda são importantes na astronomia, viajando pelo espaço a bordo do Telescópio Espacial Hubble. A invenção dos sensores de carga acoplada deu a Willard Boyle e George Smith o prêmio Nobel de Física de 2009.

Falta ainda podermos ver as fotos e filmes pelo celular e para isso precisamos da tela, que nada mais é do que uma rede de pequenos diodos emissores de luz (LED, na sigla em inglês) de todas as cores, sendo o azul o que foi mais difícil de inventar. Tão difícil que mereceu o prêmio Nobel de Física de 2014, concedido a Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Suji Nakamura. Como as coisas mudam constantemente, as telas do teu smartphone ou equivalente já não são com os diodos que mereceram o prêmio, mas sua versão orgânica, os OLEDs. No entanto, isso é apenas um detalhe, importante é lembrar que os LEDs também só puderam ser desenvolvidos por causa da Mecânica Quântica.

Resta uma última questão e eu lembro do rádio de pilha, "o rádio que cabe no bolso da camisa". Os telefones espertos só cabem no bolso, seja da camisa ou da calça, por causa de suas pequeninas baterias de íons de Lítio, tão importantes também em outras aplicações, que mereceram o prêmio Nobel de Química de 2019.

Essa história, que veio à mente numa conversa com estudantes no final de uma aula, quando olhei para o meu mini monólito apagado sobre a bancada do laboratório, não é para descrever como funciona o celular em seus detalhes, e sim para lembrar como a ciência está por trás do nosso dia-a-dia. Lembre-se disso no seu próximo zap.

* Artigo escrito originalmente por Peter Schulz, que foi professor do Instituto de Física "Gleb Wataghin" (IFGW) da Unicamp durante 20 anos. Atualmente é professor titular da Faculdade de Ciências Aplicadas (FCA) da Unicamp, em Limeira. Além de artigos em periódicos especializados em Física e Cienciometria, dedica-se à divulgação científica e ao estudo de aspectos da interdisciplinaridade. Publicou o livro “A encruzilhada da nanotecnologia – inovação, tecnologia e riscos” (Vieira & Lent, 2009) e foi curador da exposição “Tão longe, tão perto – as telecomunicações e a sociedade”, no Museu de Arte Brasileira – FAAP, São Paulo (2010).

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Fonte: Portal da Unicamp

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