Zcela zaplněná aula VUT Brno sledovala 3. prosince 2013 přednášku prof. dr. George E. Smithe, nositele Nobelovy ceny za fyziku z roku 2009. Byla mu udělena za vynález zařízení s vázanými náboji. Tématem byl právě objev senzoru, tedy koncepce senzoru CCD (Charge Coupled Device). Tento, jak řekl přednášející, „nejrychleji patentovaný objev, jaký USA poznaly,“ obohatil a neobyčejně rozšířil naše snímání okolního světa pomocí kamer, neb nahradil dosavadní chemický proces fi - xovaný na celuloidový pás filmu senzorem citlivým na světlo a jeho barevné spektrum. Procesory CCD otevřely elektronickou éru zpracování obrazu pro videokamery, astronomické mikroskopy, medicínské přístroje, fotoaparáty, faxy a pozorování vesmíru. Otevřely cestu i pozdějším aplikacím procesorů CMOS, které jsou dnes více rozšířené a hlavně levnější, a tím i dostupnější. Součástí odborné přednášky se samozřejmě staly i postřehy z akademického světa a průmyslových aplikací USA a zvláště prostředí Bellových laboratoří, kde byl první CCD procesor vytvořen.
POTŘEBOVALI ZACHRÁNIT FONDY
Některé poznámky George E. Smithe je třeba brát z pohledu amerického stylu přednášek. Musí být prošpikovány vtipnými glosami. Nicméně dověděli jsme se, že jedna ze dvou skupin výzkumníků v Bellových laboratořích (řešila nové polovodičové prvky na bázi křemíku) se snažila převzít část prostředků skupině druhé, jež pracovala s jinými prvky, především s vizmutem a jeho slitinami a s antimonem. Což podnítilo Smithe a jeho kolegu Willarda S. Boylea aby urychlili realizace některých nápadů v řešení základního úkolu, který obdrželi: vynalézt obrazový snímač. „Vraťme se do doby, kdy jsme tento objev realizovali,“ říká přednášející, „tedy do roku 1969, kdy se předpokládalo, že veškeré impulzy mohou být přenášeny jen po drátě. Byla to i doba křemíkové revoluce, v roce 1957 byl sestrojen první integrovaný obvod. Hledala se nová paměťová média, velmi nadějně vypadalo studium paměťových bublin, prognóza, že paměťové disky jsou jen dinosauři na vymření, se však ukázala jako velký omyl.“ Pohled na několik schémat jak funguje senzor CCD je zdánlivě velmi srozumitelný, světlo prochází k senzoru přes objektiv a fotony vyrážejí z podkladu senzoru elektrony. Snímací CCD je možné si představit jako pole miniaturních expozimetrů. CCD prvek o jednom megapixelu jich měl milion. Dnes miliony. Každý z nich měří světlo – nezávisle na sousedovi. Čím větší je energie dopadajících paprsků, tím větší elektrický náboj v buňce vzniká. Senzory musí být samozřejmě nastaveny na snímání určité části spektra světla, v následných procesech dojde k jejich doplnění. Takto napsáno jde o zdánlivě jednoduchý proces, nicméně je tu mnoho problémů, jejichž popis by vydal minimálně na diplomovou práci, ale po zásluze byl oceněn Nobelovou cenou. Ve chvíli, kdy byl vynález zápisu barevného obrazu pomocí CCD procesoru urychleně patentován, tedy v roce 1970, umožnily Bellovy laboratoře jeho zveřejnění. Už jen několik prvních obrázků, jež najdeme na Googlu u hesla procesor CCD, které přednesl partner výzkumu Boyle před odborníky, stačilo k tomu, aby se mnozí zvedli a šli k nejbližšímu telefonu. Smysl pro sebereflexi velel sice 73letému prof. Smithovi prohlásit, že nápad byl realizován během jednoho odpoledne, skutečnost je však taková, že k prakticky využitelnému vzorku CCD procesoru dospěli autoři až za dva roky. Úsměv jistě vyvolá zklamání managementu Bellových laboratoří, který zjistil, že zájem veřejnosti o telefonování s pohledem na vlastní obličej vlastně nikoho nezajímá. Nicméně odborníci věděli, že jde o objev nedozírného významu. O realizaci se pokusily hned dvě jiné americké společnosti a další následovaly později. Navíc výzkum snímání obrazu dostal ohromný impulz.
VĚDEC MÁ BÝT JAKO MOTÝL
Společnost Honeywell, která přivedla na české vysoké školy již 9 nositelů Nobelovy ceny v rámci svého programu HISE (Honeywell Initiative for Science and Engineering), samozřejmě očekávala, že studenti nasloucháním prof. Smithe získají určitou představu o tvrdé práci vědce, což bude inspirací pro jejich vlastní profesionální kariéru. Takže několik postřehů z odpovědí na dotazy studentů. „Cítím samozřejmě, že uspět dnes ve výzkumu je otázkou úzké specializace, nicméně instinkt fyzika mi říká, že vědec by měl udržovat široké pole znalostí a zájmů a být jako motýl přelétající z květu na květ, aby se inspiroval.“ Horoval tím pro víceoborový přístup k problémům. Působení v Bellových laboratořích považuje za velmi produktivní období svého života, i když podmínky v práci byly velmi přísné, vědecké objevy a publikace byly řízeny tak, aby poznatky předčasně neunikly, panovala tam vnitřní soutěživost mezi týmy a úkoly byly jasně definovány. Záleželo na cestě, kterou vědec zvolí. Profesor Smith to nazval zvláštní kombinací povinnosti, odpovědnosti a tvořivého přístupu. O přihlášení patentů rozhodoval výhradně zaměstnavatel. Dosáhl toho, že procesor CCD byl patentován již rok po objevu záznamu světla. Velmi zajímavý byl přístup k doktorandům. Jen 40 % z nich pocházelo z USA, zbytek z celého světa a nikdo před nimi nic neskrýval. „Vítali jsme každého hráče, který mohl přispět k řešení problémů, nového využití polovodičů.“
CO TO JE APLIKOVANÝ VÝZKUM? Zajímavé je, že pracovníci VUT se povětšinou vyptávali na problematiku tzv. aplikovaného a základního výzkumu, řečeno v jazyce prostředí, v němž se pohyboval Smith, akademického a průmyslového výzkumu. Přednášející považoval tyto dva pojmy za matoucí a dělení na dvě, jakoby nesouvisející činnosti, za umělé. Ale s tou výhradou, že je nutné posuzovat případ od případu. Je všeobecně přijatým pravidlem, že 90 % akademických nápadů se při pokusu o praktické využití neosvědčí. I v USA tráví profesoři nejvíce času sháněním peněz pro studenty a doktorandy, kteří pak absolvují praktické pokusy. To jsou obrovské ztráty času a intelektu. Technický týdeník položil profesoru Smithovi dotaz, zdali pro realizaci vědeckých objevů je lepší prostředí velké a bohaté společnosti s výzkumnou složkou, nebo věří spíše v tzv. spin-off společnosti. „Pracovat ve velké společnosti se zájmem o hledání nových technologií je pro vědce snazší. Už proto, že taková společnost předpokládá, že určitá část peněz určených na výzkum bude nenávratně ztracena a taková plánovaná ztráta její výsledky nijak neovlivní. Pokud naproti tomu malá spin-off společnost realizuje plán, který se neprosadí, zkrachuje. To samozřejmě majitele nebo vynálezce, jak chcete, stresuje. Spin-off má význam jen tehdy, pokud jsou si majitelé opravdu stoprocentně jisti výsledkem. A výsledek spíše odpovídá těm 90 % nerealizovaných projektů.“ Neobjasněnou otázkou však zůstalo, zdali Smith, pocházející z prostředí, kde průmyslové podniky mezi sebou bojují o využití nadějných objevů a patentů ihned po jejich zveřejnění, mohl za krátkého pobytu v České republice vůbec pochopit, že něco takového naše prostředí zatím nezná.
Na závěr jen krátce o působení společnosti Honeywell v Brně: Jiří Tomíček, viceprezident a generální ředitel české pobočky Honeywell Technology Solutions poznamenal: „Vzhledem k tomu, že jsme přední světovou společností zabývající se high-tech technologiemi, jsou inovace jádrem všeho, co děláme. Podle mého přesvědčení jsou i klíčem k budoucímu hospodářskému růstu České republiky. I nadále budeme spolupracovat se špičkovými univerzitami, které mají silné akademické zázemí a bohatý výzkumný potenciál na vzdělávání nových technických specialistů, kteří se stanou ve své generaci novými inovátory.“ I když Česká republika není jediným místem, kde společnost Honeywell vyhledává nadané studenty a dává jim životní šanci, je vynikajícím příkladem také pro české podniky.
Jan Baltus