Jak doplachtit k nobelovce. Rozhovor s otcem digitálního fotoaparátu

aktualizováno  1:38
Na začátku prosince přijel do Brna nositel Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2009, Američan George Smith. Objevitel zařízení, které je srdcem digitálních fotoaparátů, kamer i Hubbleova teleskopu, takzvaný CCD čip.

George Smith při přednášce v Brně | foto: Honeywell

Když po hodině a půl přednášky zazněla v aule brněnského VUT otázka, jak si zachovat zdraví, muži před tabulí se na obličeji krátce rozsvítil trochu šibalský výraz, než řekl: "Dejte výpověď v práci a vyražte na 17 let na plavbu kolem světa."

Věděl o čem mluví. Dnes 84letý George Smith udělal právě to, co studentům radil. V roce 1986 dal výpověď v Bellových laboratořích, kde předtím několik desítek let pracoval jako excelentní výzkumník, a vyrazil i s manželkou na dlouhé roky na cesty, hlavně po moři.

George Smith z Bell Laboratories přebírá Nobelovu cenu za fyziku z rukou...

George Smith z Bell Laboratories přebírá Nobelovu cenu za fyziku z rukou švédského krále Karla XVI. Gustava v Koncertní síni ve Stockholmu (2009).

Několik let poté, co definitivně zakotvil znovu doma, si doletěl do Stockholmu pro Nobelovu cenu. V roce 2009 se stal jedním ze tří laureátů ceny za fyziku. Výbor ocenil jeho práci na objevu CCD čipu, tedy zařízení na snímání obrazu. Když tehdy Smithe (napodruhé) vzbudil telefon ze Stockholmu, hned věděl, co udělá s penězi: nechá za ně opravit svou loď.

Na moře dnes Smith už nevyráží, sám říká, že to není pro tak starého člověka nic příjemného. Snad proto, aby zůstal bezpečně na souši, přijel muž s velmi zajímavým životem do Brna v rámci programu firmy Honeywell, který chce studenty motivovat k výběru kariéry v přírodních vědách (Honeywell Initiative for Science & Engineering). Koneckonců vědec, který si vydělal během kariéry na dlouhý důchod na vlastní jachtě, není špatný vzor.

Smithe čekal v Brně dlouhý a rušný den, a tak jsme získali jen pár minut na následující rozhovor. Protože celá přednáška byla o historii vzniku CCD čipu, věnovali jsme se něčemu úplně jinému.

Musím začít u poslední otázky z přednášky: jak vás napadlo vyrazit na plachetnici na cestu kolem světa?
Já jezdím na moře prakticky celý život, měl jsem tři, nebo čtyři lodi. Už dlouho mám letní dům na pobřeží v New Jersey, dnes tam trávím důchod, a přímo u něj stála zakotvená moje loď, se kterou jsem toho v naší zátoce najezdil spoustu. Takže odejít z práce a vyrazit na moře bylo jen logickým vyústěním celoživotního koníčku.

Ale od plachtění v zátoce u New Jersey k plavbě kolem světa je to velký skok.
My jsme se jen ztratili. Ne, ve skutečnosti jsem si nechal postavit loď na oceánské plavby. Šlo o běžnou plachetnici, kterou jsem si nechal upravit. Všechno na ní bylo robustní a jednoduché, protože jednoduchost je stejně důležitá jako robustnost. Pak jsme s Janet (manželka George Smithe, pozn. red.) párkrát vyrazili na Bermudy, což je asi tisíc kilometrů, a nebylo to špatné. Tak jsme si řekli, že bychom mohli vyrazit přes Atlantik do Evropy a zpět. Pak jsme vyrazili i na Azory a dál na jih na Kanáry a pak do Karibiku. Když už jsme byli tam, tak jsme se sami sebe zeptali: zahneme vpravo a vrátíme se domů do New Jersey, nebo zůstaneme na kurzu přes Panamský průplav?

Willard Smith (vlevo) a George Smith předvádí v roce 1970 svou první CCD...

Willard Smith (vlevo) a George Smith předvádí v roce 1970 svou první CCD kameru. Měla se používat v tehdy vyvíjených videotelefonech. Obrazovka měla 250 řádků.

A byl byste v příštím životě raději námořník, nebo vědec? Nebo potřebujete obojí?
Asi obojí. Ale víte, ve vědě je dobré být mladý.

Na moři ne?
Na moři samozřejmě také, ale například já jsem byl do pokročilého věku v poměrně dobré kondici. Ale teď v 84 už bych se neodvážil ani jen vyplout na otevřené moře.

Já jsem se v Bellových laboratořích naučil, že si musíte spoustu věcí udělat sám a musíte být ochoten snést riziko neúspěchu. Musíte být ochoten riskovat. Jistě, můžete se smířit se s tím, že vás vzali jen proto, abyste udělal to či ono, ale to nebylo pro mě. A lépe se riskuje mladému člověku.

V Bellových laboratořích bylo vhodné prostředí na podobné riskování?
Hlavně do doby, než americká vláda oddělila AT&T (do té doby monopolního provozovatele telefonních sítí, pozn. red.) od poskytovatelů, kteří fyzicky zavádějí telefon k vám domů. Na financování Bellových laboratoří bylo do té doby vyhrazeno 1,5 procenta ze zisku těchto společností, takže měly spoustu peněz. Po oddělení provozovatelů peníze zmizely. A já jsem během života zjistil, že bez peněz to někdy nejde.

Ale v době, kdy došlo k objevu CCD, bylo vaše oddělení v rozpočtovém ohrožení?
Ne, to nebylo naše oddělení, ale celá divize. V té době byly v laboratořích dvě velké výzkumné skupiny, obě poměrně velké, s několika stovkami lidí. Jedna se zabývala výhradně křemíkem, ta druhá dělala všechny zbylé materiály. Willard Boyle (dostal Nobelovu cenu spolu se Smithem, pozn. red.) vedl křemíkovou skupinu, které hrozilo, že přijde o peníze na úkor té druhé skupiny, která se zabývala hlavně vývojem tzv. "magnetických bublin" (někdy také magnetických domén, pozn. red.). Obě skupiny měl totiž na starosti viceprezident společnosti, který byl spolupodepsán pod originálním patentem na magnetické bubliny. Můžete si z toho vyvodit vlastní závěry.

Schéma CCD čipu

Schéma CCD čipu

Tak to jste opravdu museli přijít s něčím zajímavým.
Ano. Když se pak objevil CCD čip, tento viceprezident chtěl mít na úspěchu také nějaký podíl. To on nakonec přišel s nápadem na název čipu. Prostě nám řekl, abychom tomu říkali Charge-Coupled Device (česky "zařízení s vázaným nábojem", pozn. red.). My jsme tomu myslím původně začali říkat "charged bubbles" (tj. doslova nabité bubliny, pozn. red.), což se mu nezdálo jako dobrý název a přišel s CCD. My jsme pak už alespoň nemuseli nic vymýšlet, tak jsme to přijali. Nepřišli jsme tím ani o peníze a nějaký ústupek jsme udělat museli.

Fotogalerie

Považujete si CCD ze svých svých výtvorů nejvíce?
Určitě. Za žádný jiný jsem Nobelovu cenu nedostal. Mám, nebo měl jsem dost patentů, ale jen zhruba 15 až 20 procent z nich za něco stálo. Většina z nich byla k ničemu, ale Bellovy laboratoře měly v té době hodně peněz a byly ochotné je utratit i za méně slibné patenty jen tak pro jistotu.

Ale naše oddělení, i když ho tvořilo jen zhruba 40 lidí, za sebou mělo zajímavou práci. Přišli jsme s CCD, flash pamětí a ještě pár dalšími zajímavými výzkumy.

Ještě než budeme muset skončit, musím se zeptat na jednu otázku: vy jste napsal nejkratší diplomovou práci v dějinách Chicagské univerzity, kde jste promoval. Má jen tři stránky. Jak vám to prošlo?
Byly to tři publikované stránky. Předpisy říkaly, že musíte mít něco, co by velký vědecký časopis přijal jako platnou vědeckou práci (ne jen tzv. letter, tedy kratší, často jen jednostránkovou práci, pozn. red.). A mé tří stránky přijal časopis Physical Review, což je velký fyzikální časopis (byla to práce o povrchových jevech v bismutu, abstrakt je zde, pozn. red.) Když byly spokojení oni, byla spokojená i univerzita. Nejde přece o kvantitu, ale o kvalitu.

Jak to bylo s CCD

George Smith pracoval v Bellových laboratořích pod Kanaďanem Willardem Boylem, se kterým se v roce 2009 podělil o Nobelovu cenu. Jejich výzkumná divize se zabývala křemíkovými polovodiči.

V roce 1969 prohrávali pomyslný souboj s vedlejším oddělením, které se zabývalo polovodiči z jiných materiálů, a Smith s Boylem se tak v nouzi domluvili na "brainstormingové" odpoledne. Ze všech nápadů, které si na něj přinesli, se jim nejslibněji jevila obměněná a rozvinutá podoba jednoho staršího nápadu na zařízení, které by mohlo sloužit jako paměť.

Po zhruba dvou až třech hodinách se shodli, že zařízení vypadá "dobře" a začali s přípravou prototypu. První exemplář se choval přesně podle předpokladů, vědci si jen nebyli zcela jistí, co s ním. Při zkouškách ovšem rychle rozpoznali, že CCD čip je elektronickou obdobu fotografického papíru. Pouhých 12 měsíců po zkonstruování nového čipu už Boyle a Smith vyvinuli první digitální kameru.

CCD převádí dopadající světlo na elektrický náboj. Čím je toto záření intenzivnější, tím větší náboj se v daném prvku vytvoří. Hodnotu náboje v každé buňce poté jiný snímač změří a lze ji snadno převést do digitální podoby. Abychom pánům nepřikládali zásluhy, které jim nepatří: určit intenzitu světla a převést ji na elektrický signál se už koncem 60. let minulého století umělo. Boyle a Smith to však dokázali o několik řádů lépe než všichni ostatní. Díky nim můžeme měřit intenzitu světla stovkami a tisíci detektory současně, a získat tak informaci o prostorovém rozložení intenzity světla.

Prvky CCD našly uplatnění nejprve ve specializovaných odvětvích: třeba ve skenerech či špionážních a astronomických teleskopech. (špionáž měla náskok, protože vojáci mají mnohem více peněz než astronomové.) Jejich rozšíření do běžné elektroniky umožnil až nástup levných flash pamětí, na kterých se mimo jiné pracovalo i v Bellových laboratořích. Dnes se ročně vyrábí přes 100 milionů zařízení, která CCD využívají.

Ve spotřební elektronice (třeba mobilech, ale i fotoaparátech) CCD "prohrává" s technologií CMOS. Ta je o něco starší (1963) a levnější na výrobu, ale dlouho se u ní nepodařilo dosahovat dostatečné kvality obrazu.

Oprava: Text byl změněn tak, aby bylo jasné, že CCD čip slouží k pořízení záznamu obrazu, nikoliv k uchování tohoto záznamu. Právě proto se rozšíření dočkalo až s příchodem flash pamětí.

Autor:

50. výročí přistání na Měsící

Americký kosmický let Apollo 11 splnil svoji misi 20. července 1969. Na povrch Měsíce jako první člověk vstoupil velitel posádky Neil Armstrong. Doprovázel jej Edwin "Buzz" Aldrin, zatímco Michael Collins zůstal na palubě vesmírné lodi.

Téma Apollo 11 v článcích Technet.cz:
O čem si povídali kosmonauti Apolla 11. Poslechněte si tisíce hodin „ticha“
Co kdyby Apollo 11 zůstalo na Měsíci? Pohřbili by je přes rádio zaživa
Vlajky na Měsíci stále stojí. Podívejte se na důkaz ze sondy LRO

Nejčtenější

VIDEO: Do nezdaru na Měsíci zbývaly sekundy, astronauty zachránila propiska

K 50. výročí přistání na Měsíci připravilo Planetárium Praha maketu modulu...

Jen příprava na start z Měsíce trvala astronautům čtyři hodiny. Tak složitá byla situace dvojice Američanů, kteří...

Jeho formule chtěl každý. Autor slavných vystřihovánek slaví devadesátiny

Richard Vyškovský se svým modelem cisternové stříkačky CAS 32 na podvozku Tatra...

Richard Vyškovský je pro laickou veřejnost nepříliš známé jméno, v modelářské komunitě je však doslova celebritou. S...

„Stanuli jsme na Měsíci jménem celého lidstva.“ Nové fotky z Apolla 11

Přistání člověka na Měsíci bylo nejsledovanější událostí v historii lidstva....

Přistání člověka na Měsíci bylo nejsledovanější událostí v historii lidstva. Přesto se najdou fotografie, které jste...

Největší dobrodružství 20. století začalo o tři čtvrtě sekundy později

Tři Američané právě odstartovali na misi, kterou bedlivě sleduje celý svět.

Ani ostřílený hlasatel vesmírného střediska na Mysu Canaveral nedokáže zakrýt pohnutí. Je 16. července 1969, 9:32 ráno...

Co kdyby posádka Apolla 11 zemřela na Měsíci? Bílý dům s tím počítal

Pohled na veškeré vybavení, které astronauti na povrchu zanechali: vlajka,...

Pro případ neúspěchu mise Apollo 11 měl prezident Nixon připravený smuteční projev, který by přečetl světu. Těla...

Další z rubriky

„Psí oči“ nejsou náhoda, ale dílo evoluce. Psi si na ně vyvinuli svaly

Pes (ilustrační foto)

Ten nevinný pohled zná každý. Když upře čtyřnohý přítel na svého pána „psí oči“, vzbudí to širokou škálu emocí....

Po Číně Rusko? Další vědec chce provádět dědičné úpravy DNA u dětí

Enzym CRISPR (zeleně a červeně) se připojuje k dvojité šroubovici DNA (fialová...

Ruský vědec Denis Rebrikov údajně připravuje experiment, v jehož rámci by došlo k dědičnému přepisu DNA nenarozených...

Pod nohama se jim zrodila sopka. Obyvatelé Heimaey se ovšem nevzdali

Postupující láva a doprovodné požáry ničily vše, co jim stálo v cestě. Sopečné...

Před 46 lety se pod nohama obyvatel malého islandského ostrova Heimaey otevřelo peklo. Na okraji města pukla země a z...

Najdete na iDNES.cz