Инновации «на полке»: технологии, которым нашли применение спустя много лет после изобретения
Технологии меняют мир. Это становится заметнее всякий раз, когда на рынок выходит смартфон следующего поколения, а на дорогу выезжает новая модель электромобиля. Прорывные научные изобретения порождают новые продукты, и вместе с ними в жизнь приходит будущее в том виде, в котором его описывали фантасты.
Мы поддерживаем много научных проектов разной степени сложности и «фундаментальности». Некоторые уже могут похвастаться результатами и прототипами, а у других до практического применения еще долго. Но инвестиции в науку — это вложения, результат которых может быть не виден «широкой публике» еще долго: не всегда революционные технологии воплощаются в популярный продукт сразу после изобретения. Некоторым инновациям требуются многие десятилетия, чтобы найти дорогу к потребителю.
Взять хотя бы сенсорный экран. Технология обрела глобальную популярность в 2007 году, когда вышло первое поколение iPhone с его «магическими» мультисенсорными жестами. Казалось, что изобретена технология была тогда же, но на деле к 2007 году возраст инновации перевалил за 40 лет. Впервые идею сенсорного дисплея (причем сразу мультисенсорного) и принцип его работы описал английский инженер Эрик Артур Джонсон в 1965 году. В 1969 году он получил патент на технологию, но сама она легла «на полку» на многие годы, так как других необходимых для практического применения компонентов в то время ещё не изобрели.
Один из первых прототипов тачскрина Джонсона, 1965 год
Зато очень скоро, в 1970 году, доктор Сэмуэль Хёрст из университета Кентукки изобрёл резистивный сенсорный дисплей — тип дисплея, пользоваться которым можно с помощью стилуса или другого твёрдого предмета. И хотя в отличие от изобретения Джонсона дисплей Хёрста не способен воспринимать несколько касаний сразу, именно эта технология первая нашла массовое (относительно) практическое применение. Правда, тоже не сразу: первый персональный коммуникатор с сенсорным дисплеем такого типа был анонсирован компанией IBM только в 1992 году, более чем 20 лет спустя после изобретения технологии.
До возникновения сенсорных дисплеев самым удобным способом взаимодействия с компьютерами оставалась мышь. Первые прототипы привычного манипулятора появились в конце шестидесятых. Изначально в конструкции подвижной части мыши использовались колёсики, затем — шарик. Но и в одном, и в другом случае сохранялся серьёзный недостаток: обилие подвижных механических частей приводило к их быстрому загрязнению и проблемам в эксплуатации. В 1980 году американский изобретатель Стивен Кирш и, независимо от него, другой изобретатель Ричард Лион решили эту проблему через изобретение моделей мышей на основе оптического сенсора. Вот интервью Кирша, в котором он рассказывает, как изобрел оптическую мышь, потратив на это $40 000 собственных сбережений:
Правда, у обоих возникла сложность — дороговизна компонентов делала стоимость одного экземпляра оптической мыши равной 400 долларов, что по тем временам было безумно дорого для простого манипулятора. Так что технологии пришлось прождать почти два десятилетия до момента, когда нужные компоненты упали в цене, и у производителей появилась возможность выпускать на массовый рынок относительно недорогие модели.
ЖК-экраны
Иная история у жидкокристаллических дисплеев. Это только с виду они выглядят как закономерная эволюция менее продвинутых мониторов на базе электронно-лучевых трубок. В действительности для того чтобы проделать путь от научного открытия до телевизора или монитора в магазине электроники им потребовалось более ста лет!
Жидкими кристаллами называют химические вещества, молекулы которых, поворачиваясь под воздействием электричества, по-разному отражают свет. Их открыл в 1888 году австрийский ботаник Фридрих Рейницер, но в те времена ни сам первооткрыватель, ни его коллеги по научному цеху не знали, что им делать с этим необычным свойством. Так продолжалось довольно долго: даже первое практическое применение инновации лежало не в сфере создания изображений, а в телекоммуникациях: в 1936 году компания Marconi Wireless Telegraph запатентовала электрооптический световой клапан, работающий на основе жидких кристаллов. А в 1963 году их свойство менять цвет под воздействием температуры приспособили для определения неравномерно нагретых поверхностей. К демонстрации изображений кристаллы впервые приспособили в 1964 году, когда американский инженер Джордж Хейлмейер создал первый жидкокристаллический дисплей.
Первый LCD-дисплей и его изобретатель Джордж Хейлмейер
И только начиная с этого времени технология стала обретать привычное ныне практическое применение: в 1974 году Sharp показала первый в мире калькулятор с ЖК-экраном, а в 1984 — первый трёхдюймовый цветной ЖК-дисплей.
Интернет (куда без него?)
Интернет в своих ранних итерациях тоже задумывался не так, как мы все в итоге им пользуемся. В конце пятидесятых годов прошлого века американские военные захотели усовершенствовать способ обмена информацией для своих военных целей. Компьютеры в те времена занимали этаж и работали на перфокартах, и для того чтобы отправить что-то с одного компьютера на другой, нужно было вызывать живого почтальона. Желая это исправить, военные профинансировали разработку экспериментальной сети ARPANet, которая заработала в 1969 году, соединив между собой четыре американских научных учреждения. Очень дорогая и медленная, сеть, впрочем, уже несла в себе прообраз того решения, что мы знаем сейчас.
Этот шкаф с названием Interface Message Processor — один из первых роутеров
Например, именно в ARPANet был впервые реализован протокол IP, который используется до сих пор. За ARPANet последовали другие сети: NSFNET, BITNET, FIDO, каждая из которых приносила собственные инновации в развитие передачи информации от одного компьютера к другому. Но всемирная сеть всё никак не становилась по-настоящему всемирной просто потому, что долгое время не так уж много в мире существовало компьютеров, способных ее образовать.
В восьмидесятых, на которые пришлось начало эпохи персональных компьютеров, ситуация изменилась, и в 1989 году сотрудник Европейской организации по ядерным исследованиям Тим Бернерс-Ли предложил проект сети, в которой можно было публиковать документы с гиперссылками на другие такие же документы. Тогда-то, двадцать лет спустя после возникновения концепции и первых технологий, и появилась сеть Интернет в привычном нам виде.
Оптоволокно
Впрочем, пользоваться Интернетом с комфортом стало возможно лишь много лет спустя, когда сфера телекоммуникаций освоила технологию высокоскоростной передачи данных по оптоволокну. История этой инновации тоже растянута на десятилетия. Сама идея о том, что свет можно использовать для передачи данных, возникла давно. Еще в 1880 году изобретатель Александр Белл создал фотофон — устройство, превращающее звук в свет и обратно. Работало оно на расстоянии всего в пару сотен метров, так что о широком применении речи тогда не велось. Следующий «подход к снаряду» в 1934 году совершил инженер AT&T Норман Френч, запатентовавший оптическую телефонную систему, данные в которой передавались по стеклянным стержням.
Эскиз «фотофона» Александра Белла
В начале шестидесятых были созданы полупроводниковый лазер и фотодиод — ключевые элементы технологии передачи и приёма данных с помощью света. После этого последовали десятилетия долгих поисков решения, которое позволило бы устранить фундаментальную проблему всей технологии: даже очень мощный свет, проходя через носитель (собственно, само оптоволокно), быстро затухал. Чем дальше нужно было передать данные, тем труднее это было сделать без ошибок. К началу семидесятых удалось создать материалы с низким уровнем затухания, и с тех пор технология стала находить массовое применение.
Технология RFID-меток тоже пришла на массовый рынок не сразу. Сегодня трудно назвать сферу, куда её не внедрили за последнее десятилетие: предупреждение магазинных краж, бесконтактные системы контроля доступа, оплаты, складские системы, системы защиты от контрафакта и т. д. Современный мир наполнен различными радиометками — только знай себе считывай. Выглядит как свежая технология, но появилась она еще в 1937 году. Тогда исследователи ВМС США использовали принцип, который лёг в основу современных RFID-решений, чтобы создать систему идентификации в бою «свой-чужой». Подобные технологии используются в военном деле до сих пор, а первая «гражданская» RFID-система была запатентована в 1973 году.
Патентная заявка системы, в которой «базовая станция передает сигнал «запроса» дистанционному транспондеру, на который транспондер отвечает передачей «ответного» сигнала»
Однако долгое время технология оставалась нишевой, поскольку на рынке отсутствовали достаточно миниатюрные и дешёвые устройства, способные без проблем считывать метку и получать от неё какую-либо полезную информацию. Появление таких устройств в последние годы и открыло инновации путь в массы.
Электромобили
Автомобили на электрической тяге — ещё один пример технологии, которой потребовалась прорва времени на адаптацию к реальности. Первые прототипы электромобиля появились еще в начале XIX века, и с тех пор технология регулярно пыталась закрепиться на массовом рынке. Иногда удачно: например, в начале XX века в США у электромобилей было 38% авторынка, а у бензиновых — только 22%. Однако малые мощность и дальность пробега на одном заряде, сложная перезарядка и стремительно дешевеющий бензин сделали своё дело и отправили электромобили дожидаться более благоприятных условий.
Один из первых электрокаров — трицикл Густава Труве 1881 года
Похожая история и у автомобилей на водородных топливных ячейках. Сама идея и прототипы подобных источников энергии возникли в сороковых годах XIX века, но первые серьезные попытки отправить в дорожное путешествие транспорт, получающий электричество из водорода, случились только во второй половине XX века. В 1966 году был представлен GMС Electrovan, первый автомобиль на водородных топливных ячейках, а первый серийный водородный автомобиль и вовсе появился относительно недавно — в 2014 году, когда Toyota выпустила модель Mirai.
Electrovan не просто так построен на базе микроавтобуса GMC Handivan: в кузов меньшего размера оборудование просто не поместилось бы
Солнечные панели
Энергия из альтернативных источников лишь на первый взгляд выглядит порождением современности. Панели, собирающие энергию солнца для освещения городских улиц или даже для электроснабжения целых домохозяйств, кажутся очередным ликом наступающего научно-фантастического будущего, но на самом деле корни этой инновации — в далёком прошлом.
Первая «солнечная» батарея появилась ещё в 1839 году. Её придумал французский физик Антуан Сезар Беккерель, и она была способна перерабатывать в энергию всего 1% солнечного света. Более чем сто последующих лет учёные продолжали попытки увеличить эту цифру, но относительный успех попытки возымели лишь во второй половине XX века, когда коэффициент полезного действия фотоэлементов, созданных на основе кремния, удалось поднять до 10–15%.
Селеновые панели Чарльза Фритта, установленные на крыше дома в Нью-Йорке, 1883 год. По словам изобретателя, они производили «непрерывный постоянный ток значительной силы» (коэффициент преобразования энергии этих панелей не превышал 2%)
Тогда этого оказалось достаточно, чтобы начать применять солнечные батареи в космосе и даже на Земле — для решения не слишком энергозатратных практических задач. Например, для питания систем телефонной связи в некоторых регионах США. Но прошло ещё много лет до тех пор, пока панели стали достаточно эффективными и недорогими, чтобы получить массовое применение.
3D-печать
Еще одна технология, которая долго шла к широкому распространению, — 3D-печать. Сейчас с её помощью создают игрушки, запчасти для механизмов, домашнюю утварь, оружие и даже целые постройки, и выглядит это все как ещё одна технология, сошедшая со страниц научной фантастики. Но на деле ей больше пятидесяти лет.
Вообще в истории 3D-печати много странных вех. Сначала, в 1971-м, Йоханнес Ф. Готвальд запатентовал экструдер для жидкого металла (по его замыслу, это должно было быть устройство типа офисного принтера), но не успел воплотить идею до истечения срока действия патента.
Дальше последовала череда попыток запатентовать несколько «устройств для прототипирования», но у заявителей не нашлось денег на продолжение работы, и заявки были отклонены. И только в 1986 году Чарльз Халл получил патент на систему стереолитографии. Он основал собственную компанию 3D Systems, которая в 1988 году и выпустила первый 3D-принтер, доступный для коммерческого использования.
Кстати, спустя какое-то время Халл отошел от индустрии 3D-печати, чтобы заняться производством другого своего изобретения — каяков
С тех пор технология существовала и развивалась в нишах промышленного дизайна и инженерии, оставаясь недоступной для простых пользователей из-за сложности процессов и дороговизны принтеров. Лишь в середине двухтысячных на рынке стали появляться первые потребительские модели, сам процесс печати упростился, а разнообразие материалов, из которых можно печатать, выросло.
Как видим, чаще всего значительные инновации появляются гораздо раньше того времени, когда им находят достойное применение. Досадные «детские болезни», неготовность других необходимых компонентов, экономические обстоятельства не дают таким технологиям развиваться сразу после рождения. Однако как только все эти сложности решаютсся, инновации непременно меняют нашу жизнь.
