اسرار مهندسی نمایشگر شیشه‌ای تاشو در گلکسی زد فلیپ سامسونگ

در روز ۱۱ فوریه ۲۰۲۰، سامسونگ از نخستین موبایل شیشه‌ای و تاشو جهان رونمایی کرد: Galaxy Z Flip. سامسونگ اعلام کرد که با تا کردن شیشه، موفق به زیر پا گذاشتن قوانین فیزیک شده و این مهم با جایگزین کردن تکنولوژی شیشه فوق باریک به جای نمایشگرهای پلیمری امکان‌پذیر بوده.

سامسونگ طوری درباره موضوع صحبت کرد که به نظر می‌رسید فرمی کاملا تازه از شیشه را اختراع کرده و حتی نام Samsung Ultra Thin Glass (یا به اختصار UTG)‌ را برایش برگزید. یکی از سخنگویان کمپانی مدعی شد که «ما غیرممکن را ممکن کرده‌ایم و شیشه‌ای فوق باریک ساخته‌ایم که خم می‌شود» و «از نمایشگر شما در برابر خط و خش محافظت می‌کند».

اما همانطور که جهان تا چند روز بعد به چشم دید، نادیده گرفتن قوانین فیزیک این‌قدرها هم آسان نیست.

تکنولوژی جدید سامسونگ همچنان از پلیمر استفاده خواهد کرد و همچنان به راحتی خط می‌افتد. «لایه محافظ فیبری» سامسونگ که باید در برابر گرد و خاک مقاوم می‌بود در یک تست بسیار سختگیرانه ناکام ماند و حالا گاهی از عبارت «سخت اما شکننده» برای توصیف آن استفاده می‌شود.

اما سامسونگ درباره ابداع اصلی خود دروغ نگفته بود: گلکسی زد فلیپ واقعا یک موبایل شیشه‌ای تاشو است. البته شیشه را یک تولیدکننده آلمانی به نام «شات - Schott» ساخته و لایه‌ای از پلاستیک نه‌چندان مقاوم در برابر خط و خش روی آن قرار گرفته؛ لایه‌ای که باید امیدوار بود موبایل‌های تاشو و شیشه‌ای آتی نیازی به آن نداشته باشند.

برای درک چرایی موضوع، ابتدا باید درک کنید که اصلا چطور می‌توان شیشه را تا کرد.

شیشه شکننده است. حتی اگر تا به حال هیچ شیشه‌ای نشکسته باشید، بدون تردید با صدای شکستنش آشنایید. تصورش سخت است که چطور از چنین ماده آسیب‌پذیری می‌توان در یک موبایل هوشمند تاشو استفاده کرد. برای همین جای تعجب ندارد که سامسونگ با این اتهام اشتباه روبرو شد که شیشه فوق باریک گلکسی زد فلیپ احتمالا اصلا از جنس شیشه نباشد.

با این حال، به گفته دو متخصص مواد و همینطور سخنگویایی از دو شرکت تولید‌کننده شیشه Corning و شات، فیزیکِ تا کردن شیشه بسیار ساده است. خلاصه‌اش می‌شود این:‌ شما می‌توانید هرچیزی را تا کنید، به شرط اینکه به اندازه کافی باریک طراحی شده باشد.

دکتر ماتیاس میدلک، شیمی‌دانی که توسعه تجارت شیشه‌های فوق باریک شرکت شات را برعهده دارد می‌گوید:‌ «تمام موادی که آن‌ها را به سخت بودن می‌شناسیم تا حدی قابل تا شدن هستند. اگر به چوب فکر کنید، یک چوب ۲ متر در ۴ متر را نمی‌توان خم کرد، اما اگر یک قطعه خیلی کوچک از آن داشته باشید[...]، همین موضوع درباره شیشه هم مصداق دارد». اگرچه شیشه عریض یک پنجره را نمی‌توان بدون شکستن آن خم کرد، یک قطعه بسیار باریک از شیشه شرایط متفاوتی رقم خواهد زد.

ارکا فرانکبرگ، محققی در دانشگاه Tampere که روی فرم‌های نامتداول شیشه مطالعه می‌کند عقیده دارد:‌ «وقتی شما یک ماده را خم می‌کنید، چه شیشه و چه هرچیز دیگر، کاری که در واقع دارید انجام می‌دهید کشیدن ماده است - و حتی شیشه هم تا حدی انعطاف‌پذیری دارد. می‌توانید تصور کنید که یک پل میان دو اتم کشیده شده و وقتی دو اتم را از یکدیگر دور می‌کنید، آن پل کشیده می‌شود.»

نتیجه نهایی اینست:‌ پیوند شیمیایی هر ماده‌ای را می‌توان تا مقادیر مشخصی قبل از اینکه قطع شود کش آورد، این مفهومی است که به عنوان مقاومت کششی شناخته می‌شود. اما اگر از یک ورقه باریک‌تر شیشه استفاده کنید، در حال کش آوردن مقادیر کمتری از ماده در همان میزان فضا هستید و لایه‌ها و پیوندهای شیمیایی کمتری را می‌کشید. این باعث می‌شود رشته کششی کمتری در شیشه باشد و قبل از شکسته شدن، بیشتر خم شود. باریک‌ کردن شیشه یکی از دو تکنیک اصلی برای خمیده کردن آن است.

وقتی ضخامت شیشه را به کمتر از هزار میکرون برسانید -یعنی چیزی شبیه به ضخامت موی انسان- آن موقع است که می‌توان از آن برای گجت‌های تاشو استفاده کرد. اگر بخواهید موبایلی بسازید که به داخل تا می‌شود اما لولاهایش هیچ فاصله‌ای میان دو بخش نمایشگر ایجاد نمی‌کنند،‌ میزان ضخامت باید معادل ده‌ها میکرون باشد؛ شبیه به یک ورقه آلومینیومی.

رسیدن به این میزان از ضخامت شیشه با تکنولوژی‌های امروز امکان‌پذیر است. سامسونگ می‌گوید گلکسی زد فلیپ از شیشه‌ای به قطر ۳۰ میکرون استفاده می‌کند و شات می‌گوید در آزمایشگاه به ۲۵ میکرون هم رسیده است. اما ضخامت کم به تنهایی کافی نیست. دومین تکنیک برای خمیده کردن شیشه‌، تقویت آن در برابر نقص‌های رایجش است، خصوصا در سطح و جایی که با استرس وارد شده به شیشه، مشکلات فاجعه‌بار رخ می‌دهد. محققان می‌گویند وجود یک حباب کوچک هوا، یک ذره خاک یا خط و خشی ریز در پروسه تولید، برای از بین بردن یک ورقه از این شیشه‌ها کافیست.

اینجاست که حمام شیمیایی و حرارت‌درمانی می‌تواند به افزایش مقاومت شیشه کمک کند. اما در عوض انجام این کارها منجر به مقاومت کمتر شیشه در برابر خط و خش می‌شود. و هرچه شیشه شما باریک‌تر شود -آنقدر باریک که خم شود- خط و خش نگران‌کننده‌تر خواهد بود.

اگرچه میدلک می‌گوید که شیشه‌های شات در صورت پشت سر گذاشتن نخستین تست خمش در شرایط کنترل شده «تا ابد» به کار خود ادامه می‌دهند، اعتراف می‌کند که یک خط و خش همه‌چیز را تغییر خواهد داد. «اگر شما این شیشه‌ها را با چیزی خط بیندازید... آن خط تبدیل به نقطه ضعفی خواهد شد که بعدا دردسر ایجاد می‌کند». فرانکبرگ توضیح می‌دهد که اگر یک یک خط بزرگ روی شیشه افتاده و شیشه تحت شرایط استرس‌زا قرار بگیرد، تمام سطح شیشه با سرعت صوت دچار شکستگی می‌شود.

چیزی که باید به یاد سپرد اینست که گرچه شیشه مقاومت بیشتری درباره کشش نسبت به پلاستیک دارد، اما در برابر خط و خش مقاوم نیست. می‌توانیم شرط ببندیم که شما هم همین حالا چندین خط و خش روی نمایشگر موبایل‌تان دارید. اما شما هیچوقت لازم نیست نمایشگر سنتی موبایل‌تان را خم کنید و این موضوع خود مسئله‌ای بزرگ‌تر را رقم می‌زند.

فرانکبرگ عقیده دارد به همین خاطر است که سامسونگ گلکسی زد فلیپ کماکان از یک لایه محافظ پلاستیکی روی نمایشگر استفاده می‌کند. نه به خاطر اینکه از خط و خش جلوگیری شود یا دستگاه بهتر تا شود، بلکه این لایه یک «لایه فداکارانه» است که به جای شیشه خط می‌افتد و احتمال شکستگی نمایشگر را کاهش می‌دهد. فرانکبرگ عقیده دارد که «سامسونگ به خاطر این لایه اضافه، محصولات برگشتی کمتری خواهد داشت».

میدلک چنین چیزی را سال گذشته و قبل از رونمایی زد فلیپ هم مطرح کرده بود. وقتی از او پرسیده شد که باید نگران خط و خش در نخستین موبایل‌های تاشو شیشه‌ای باشیم یا خیر، او گفت: «به احتمال زیاد شما به خود شیشه خالص دست نخواهید زد، بلکه چیزی روی آن قرار می‌گیرد.»

باید این را خاطر نشان کرد که دقیقا نمی‌دانیم سامسونگ و شرکایش پیش از افزودن شیشه نمایشگر شات به موبایل، با آن چه می‌کنند. شات فقط می‌تواند تامین این شیشه‌ها برای سامسونگ را تایید کند و می‌گوید قادر به صحبت درباره جزییات این ماده شیشه‌ای خام نیست. سامسونگ هم می‌گوید که این شیشه‌ها به صورت پیش‌فرض همراه با یک لایه محافظ از راه می‌رسند و اخیرا اضافه کرد که یک ماده خاص را به شیشه‌ها تزریق می‌کند تا به مقاومت پایدار دست یابد. معنای این جمله هرچه که باشد، سامسونگ حاضر به ارائه جزییات بیشتر نیست.

اما سامسونگ یک شریک دیگر هم در این پروسه دارد. سامسونگ از سال ۲۰۱۳ در حال همکاری با یک تولیدکننده کره‌ای به نام Dowoo Insys بوده و اخیرا هم تبدیل به بزرگ‌ترین سهام‌دار آن شده است. گفته می‌شود سامسونگ قراردادی انحصاری با Dowoo امضا کرده و از تکنولوژی آن در ساخت نمایشگر گلکسی زد فلیپ استفاده می‌کند.

اما هیچ‌کدام از این اطلاعات، به سوال اساسی پاسخ نمی‌دهند: شیشه تاشو چه مزیتی دارد اگر باز هم مثل پلاستیک خش می‌افتد؟ یک پاسخ اینکه دوام بیشتری دارد. شات می‌گوید این شیشه برخلاف پلاستیک به مرور زمان فرسوده نمی‌شود. شفافیت بصری هم موضوعی دیگر است. علاوه بر این، شیشه گلکسی زد فلیپ -چه کاور پلیمری داشته باشد و چه نه- در مجموع حس بهتری نسبت به لایه تمام پلاستیکی گلکسی فولد دارد.

اما کورنینگ، شرکت سازنده Gorilla Glass لازم دانسته که بدانید محافظ نمایشگر گلکسی زد فلیپ تا یک یا دو سال دیگر ضروری نخواهد بود. این کمپانی می‌گوید نمونه‌های شیشه تاشو جدیدش به دست تولیدکنندگان دیوایس‌های هوشمند رسیده است. کورنینگ انتظار دارد دیوایس‌های مجهز به این تکنولوژی طی ۱۲ الی ۱۸ ماه آتی از راه برسند و هدفش را ارائه «پایداری، مقاومت در برابر خط و خش و شفافیت بصری» گذاشته و تمام این‌ها را درون پکیجی واحد به دیوایس‌های تاشو خواهد آورد.

اگرچه هیچ یک از سخنگویان کورنینگ نمی‌توانند دخالت پلاستیک در تولید این شیشه جدید را تایید کنند، به نظر می‌رسد هدف نهایی وابسته به پلاستیک نباشد. «امروز وقتی شما یک موبایل با گوریلا گلس می‌خرید، در حال لمس شیشه هستید... این چیزی است که به ما سمتش حرکت می‌کنیم».

تولید انبوه شیشه‌هایی آنقدر باریک که خم شوند، چالشی دشوار است و این را کورنینگ و شات هم تایید می‌کنند. میدلک سال گذشته گفت که شات همچنان در حال پشت سر گذاشتن چالش‌های تولید است، چالش‌هایی مانند برش صحیح شیشه‌ها، بسته‌بندی و ارسال تمام این شیشه‌های ظریف به نقاط مختلف جهان بدون اینکه آسیب ببینند. به نظر می‌رسد رونمایی از گلکسی زد فلیپ به معنای عبور از این چالش‌ها باشد. اما تولید کم، یکی از دلایل گران بودن موبایل‌های تاشو است و به همین خاطر هم بوده که کورنینگ هنوز نتوانسته تکنولوژی خود را نهایی کند.

سرزنش کردن سامسونگ برای تلاش بیش از اندازه‌اش دشوار است. مهم‌ترین مسئله اینست که سامسونگ می‌خواهد نمایشگرهای تاشو خود را به دیگر کمپانی‌ها هم بفروشد. اما این باعث نمی‌شود از دیدن خط افتادن آسان موبایل‌هایی که قرار بود ضد خط و خش باشند ناامید نشویم. البته که سامسونگ می‌گوید اگر دستگاه‌تان خط افتاد، یک لایه محافظ رایگان دریافت خواهید کرد یا با یک پرداخت ۱۱۹ دلاری قادر به تعویض نمایشگر خواهید بود.

فرانکبرگ ایده‌ای راجع به روند پیشرفت این نمایشگرها دارد: او در مراحل ابتدایی توسعه نوعی از شیشه است که به جای سیلیکا از آلومینیوم دی‌اکسید استفاده می‌کند و به‌ جای شکستن، می‌تواند خم شود. این اولین باری نخواهد که جهان به شیشه آلومینا برای حل مشکل چشم دوخته. آلومینا را احتمالا به شکل کریستالی‌اش بشناسید، یاقوت کبود.