Zavřít reklamu

Krátce před spuštěním prvního iPhonu svolal Steve Jobs za svoje zaměstnance a zuřil nad hromadou škrábanců, které se po několika týdnech objevily na jím používaném prototypu. Bylo jasné, že není možné použít standardní sklo, a proto se Jobs spojil se sklářskou firmou Corning. Její historie však sahá hluboko do minulého století.

Všechno to začalo jedním nepovedeným experimentem. Jednoho dne v roce 1952 testoval Don Stookey, chemik z Corning Glass Works, vzorek fotosenzitivního skla a vložil ho do pece s teplotou 600 °C. Během testu však došlo k chybě u jednoho z regulátorů a teplota se vyšplhala až na 900 °C. Stookey očekával, že po této chybě najde roztavenou hroudu skla a zničenou pec. Místo toho však zjistil, že se jeho vzorek změnil v mléčnou bílou desku. Když se ji snažil uchopit, vyklouzla mu kleští a spadla na zem. Místo toho, aby se o zem roztříštila, odrazila se.

Don Stookey to sice v tu chvíli nevěděl, ale právě vynalezl první syntetickou sklokeramiku; společnost Corning později tento materiál nazvala Pyroceram. Je lehčí než hliník, tvrdší než vysokouhlíková ocel a mnohokrát silnější než běžné sodno-vápenaté sklo, a proto brzy našel využití všude od balistických raket až po chemické laboratoře. Byl použit také v mikrovlnných troubách a v roce 1959 se Pyroceram dostal do domácností v podobě kuchyňského nádobí CorningWare.

Nový materiál znamenal pro Corning velký finanční přínos a umožnil spustit Project Muscle, který představoval obrovské výzkumné úsilí s cílem nalézt další cesty k tvrzení skla. Zásadní průlom nastal ve chvíli, kdy výzkumníci přišli na metodu zpevnění skla ponořením do horkého roztoku draselné soli. Zjistili, že když před ponořením do roztoku přidali do skelné kompozice oxid hlinitý, výsledný materiál je pozoruhodně pevný a odolný. Vědci brzy začali házet takto tvrzené sklenice ze své devítipatrové budovy a bombardovat sklo interně známé jako 0317 zmrazenými kuřaty. Sklo bylo možné do neobyčejné míry ohýbat a kroutit a také vydrželo tlak cca 17 850 kg/cm. (Běžné sklo je možné podrobit tlaku zhruba 1 250 kg/cm.) V roce 1962 začal Corning nabízet zmíněný materiál pod názvem Chemcor a domníval se, že najde uplatnění v produktech jako jsou telefonní budky, okna ve věznicích nebo brýle.

Přestože byl o materiál zprvu velký zájem, prodeje byly nízké. Několik firem umístilo objednávky na produkty typu ochranných brýlí. Ty však byly brzy staženy z oběhu kvůli obavám z explozivního způsobu, jakým se sklo může rozbít. Chemcor se zdánlivě mohl stát ideálním materiálem pro čelní skla u automobilů; i když se objevil v několika vozech AMC Javelin, většina výrobců nebyla jeho výhodami přesvědčena. Nevěřili, že Chemcor stojí za zvýšení nákladů, navíc když už od 30. let úspěšně používali laminované sklo.

Corning vynalezl nákladnou inovaci, o kterou nikdo nestál. Rozhodně mu nepomohly ani crashtesty, jež ukázaly, že u čelních skel „prokazuje lidská hlava výrazně vyšší decelerace“ – Chemcor vydržel bez újmy, lidské lebky však ne.

Po tom, co se firma neúspěšně pokusila materiál prodat Ford Motors a jiným automobilkám, byl v roce 1971 Project Muscle ukončen a materiál Chemcor skončil u ledu. Bylo to řešení, které muselo počkat na ten správný problém.

Jsme ve státě New York, kde se nachází budova ústředí firmy Corning. Ve druhém patře má svoji kancelář ředitel firmy Wendell Weeks. A je to právě tady, kde Steve Jobs zadal tehdy pětapadesátiletému Weeksovi zdánlivě nemožný úkol: vyrábět stovky tisíc metrů čtverečních ultratenkého a ultrapevného skla, které doposud neexistovalo. A to do šesti měsíců. Příběh této spolupráce – včetně Jobsova pokusu poučovat Weekse o principech fungování skla a jeho přesvědčení, že vytyčeného cíle lze dosáhnout – je dobře znám. Jak to Corning vlastně zvládl, už známo není.

Weeks přišel do firmy v roce 1983; dříve než v roce 2005 obsadil nejvyšší post, dohlížel na televizní divizi a také oddělení pro zvláštní specializované aplikace. Zeptejte se ho na sklo a on vám odpoví, že jde o krásný a exotický materiál, jehož potenciál v dnešní době vědci teprve začali odkrývat. Bude se rozplývat nad jeho „autenticitou“ a příjemností na dotek, jen aby vám po chvíli povyprávěl o jeho fyzikálních vlastnostech.

Weeks a Jobs sdíleli slabost pro design a posedlost detaily. Oba byli přitahováni velkými výzvami a idejemi. Z manažerské stránky byl však Jobs tak trochu diktátor, Weeks naopak (jako mnoho jeho předchůdců v Corningu) podporuje volnější režim bez přílišných ohledů na subordinanci. „Mezi mnou a jednotlivými výzkumníky neexistuje jakékoliv odloučení,“ říká Weeks.

A vskutku přestože se jedná o velkou společnost – v loňském roce měla 29 000 zaměstnanců a 7,9 miliard dolarů zisku –, chová se Corning stále jako malá firma. To umožňuje její relativní vzdálenost od okolního světa, úmrtnost pohybující se každoročně kolem 1 % a také slavná historie firmy. (Don Stookey, jemuž je nyní 97 let, a další legendy Corningu jsou stále k vidění na chodbách a v laboratořích výzkumného ústavu Sullivan Park.) „Všichni jsme tu na celý život,“ usmívá se Weeks. „Známe se tu navzájem dlouhou dobu a zažili jsme společně mnoho úspěchů i neúspěchů.“

Jeden z prvních rozhovorů mezi Weeksem a Jobsem ve skutečnosti neměl nic společného se sklem. Vědci z Corningu se jeden čas zabývali mikroprojekční technologií – přesněji lepším způsobem využití syntetických zelených laserů. Hlavní myšlenkou bylo, že si lidé nepřejí zírat celý den do miniaturního displeje na svém mobilním telefonu, když se chtějí dívat na filmy nebo televizní pořady, a projekce vypadala jako přirozené řešení. Když však Weeks o této myšlence hovořil s Jobsem, šéf Applu ji zavrhl jako hloupost. Zmínil se přitom, že pracuje na něčem lepším – na zařízení, jehož povrch je cele tvořen displejem. Jmenoval se iPhone.

Jobs sice zelené lasery odsoudil, právě ony však představují tu „inovaci pro inovaci“, jež je Corningu tak vlastní. Společnost si drží takovou úctu k experimentování, že každoročně investuje úctyhodných 10 % ze svého zisku do výzkumu a vývoje. A to v dobrých i špatných časech. Když v roce 2000 splaskla zlověstná internetová bublina a hodnota Corningu spadla ze 100 dolarů za akcii na 1,50 dolarů, jeho ředitel ubezpečil výzkumníky nejenom v tom, že výzkum stále stojí v jádru firmy, ale že je to právě výzkum a vývoj, jež ji přivedou zpět k úspěchu.

„Jedná se o jednu z velmi mála technologicky založených firem, jež jsou schopny se pravidelně přeorientovat na jinou činnost,“ říká Rebecca Hendersonová, profesorka Harvard Business School, která studovala historii Corningu. „To se velmi snadno řekne, ale těžko provádí.“ Část zmiňovaného úspěchu leží ve schopnosti nejen vyvinout nové technologie, ale zároveň i vymyslet, jak je začít vyrábět v masivním měřítku. I když je Corning úspěšný v obou těchto směrech, často může trvat celá desetiletí, než pro svůj výrobek najde vhodný – a dostatečně výdělečný – trh. Jak říká profesorka Hendersonová, inovace podle firmy Corning často znamená vzít neúspěšné nápady a využít je pro zcela jiný účel.

Myšlenka oprášit vzorky Chemcoru se objevila v roce 2005, ještě předtím, než vůbec vstoupil do hry Apple. Motorola v té době vydala Razr V3, véčkový mobilní telefon, pro jehož displej bylo místo typického tvrdého plastu použito sklo. Corning vytvořil malou skupinu, která dostala za úkol zjistit, zda je možné oživit sklo typu 0317 pro použití v přístrojích typu mobilních telefonů nebo hodinek. Staré vzorky Chemcoru měly tloušťku kolem 4 milimetrů. Možná, že by bylo možné je ztenčit. Po několika průzkumech trhu nabylo vedení firmy přesvědčení, že by firma na tomto specializovaném produktu mohla i něco málo vydělat. Projekt dostal označení Gorilla Glass.

Do roku 2007, kdy Jobs vyslovil svoje představy o novém materiálu, se projekt nedostal příliš daleko. Apple zčistajasna vyžadoval obrovská množství 1,3 mm tenkého, chemicky tvrzeného skla – tedy něco, co doposud nikdo nevytvořil. Může být Chemcor, jenž zatím nebyl masově vyráběn, spojen s výrobním procesem, který by dokázal uspokojit obrovskou poptávku? Je možné učinit materiál původně určený pro automobilová skla ultratenkým a zároveň zachovat jeho pevnost? Bude vůbec proces chemického tvrzení u takového skla účinný? V tu chvíli na tyto otázky nikdo neznal odpověď. Proto Weeks udělal přesně to, co by učinil jakýkoliv ředitel firmy, který má slabost pro riskování. Řekl ano.

Na materiál, jenž je tak notoricky známý, až je v podstatě neviditelný, je moderní průmyslové sklo ohromně komplexní. Běžné sodno-vápenaté sklo dostačuje pro výrobu lahví nebo žárovek, ale je velmi nevhodné pro ostatní využití, jelikož se může roztříštit na ostré střepy. Borosilikátové sklo jako například Pyrex sice výborně odolává tepelnému šoku, ale jeho roztavení vyžaduje spoustu energie. Navíc existují pouze dvě metody, kterými je možné sklo masově vyrábět – technologie fusion draw a proces známý jako plavení, při němž je roztavené sklo naléváno na podklad z roztaveného cínu. Jednu z výzev, které sklárna musí čelit, představuje nutnost spárovat novou kompozici, se všemi požadovanými znaky, k výrobnímu procesu. Jedna věc je vymyslet vzorec. Druhá věc je vyrobit podle něj finální produkt.

Hlavní složkou skla je bez ohledu na kompozici oxid křemičitý (alias písek). Jelikož má velmi vysoký bod tání (1 720 °C), je k jeho snížení použito dalších chemikálií, jako oxidu sodného. Díky tomu je možné se sklem snáze pracovat a také jej levněji vyrábět. Mnoho z těchto chemikálií také sklu propůjčí specifické vlastnosti, jako je odolnost vůči rentgenovým vlnám či vysokým teplotám, schopnost odrážet světlo nebo rozptylovat barvy. Problémy však vyvstanou, když je kompozice změněna: sebemenší úprava může vyústit v diametrálně odlišný produkt. Když například použijete hustý materiál typu baryum nebo lantan, docílíte sice snížení bodu tání, riskujete však, že finální materiál nebude zcela homogenní. A když zase sklo zpevňujete, zvyšujete tím zároveň riziko explozivního roztříštění, pokud dojde k jeho rozbití. Sklo je zkrátka materiál, jemuž vládne kompromis. Právě to je důvod, proč jsou kompozice, a zvláště pak ty, jež jsou odladěné na specifický výrobní proces, tak vysoce střeženým tajemstvím.

Jedním ze stěžejních kroků výroby skla je jeho chlazení. Ve velkovýrobě standardního skla je zcela zásadní materiál postupně a stejnoměrně zchladit, aby se minimalizovalo vnitřní napětí, které by jinak činilo sklo snáze rozbitelným. U tvrzeného skla je naopak cílem přidat napětí mezi vnitřní a vnější vrstvu materiálu. Kalení skla může paradoxně sklo učinit pevnějším: sklo se nejdříve zahřeje až do změknutí a poté je jeho vnější povrch prudce zchlazen. Vnější vrstva se rychle smrští, kdežto vnitřek zůstane stále roztavený. Během chladnutí se vnitřní vrstva snaží smrštit, čímž působí na vrstvu vnější. V prostředku materiálu se vytvoří napětí, zatímco povrch je ještě více zhuštěn. Tvrzené sklo je možné rozbít, pokud se dostaneme skrze vnější tlakovou vrstvu do oblasti napětí. Ovšem i kalení skla má svoje hranice. Maximální možné zvýšení pevnosti materiálu závisí na míře jeho smrštění při chlazení; většina kompozic se smrští pouze mírně.

Vztah mezi stlačováním a napětím nejlépe demonstruje následující experiment: vléváním roztaveného skla do ledové vody vytvoříme kapkovité útvary, jejichž nejtlustší část je schopna vydržet ohromná množství tlaku, včetně opakovaných ran kladivem. Tenká část na konci kapek je však více zranitelná. Když ji rozbijeme, lom se rozletí celým objektem rychlostí přes 3 000 km/h a vypustí tak vnitřní napětí. Explozivně. V některých případech může útvar explodovat s takovou silou, že přitom vyzáří záblesk světla.

Chemické tvrzení skla, metoda vyvinutá v 60. letech 20. století, stejně jako kalení vytváří tlakovou vrstvu, ovšem díky procesu zvaný iontová výměna. Hlinitokřemičitanové sklo, jako je právě Gorilla Glass, obsahuje oxid křemičitý, hliník, hořčík a sodík. Po ponoření do roztavené draselné soli se sklo zahřeje a roztahuje se. Sodík a draslík spolu sdílejí stejný sloupec v periodické tabulce prvků, a proto se chovají velmi podobně. Vysoká teplota ze solného roztoku zvyšuje migraci ionů sodíku ze skla a iony draslíku mohou naopak nerušeně zaujmout jejich místo. Jelikož jsou iony draslíku větší než ty vodíku, jsou na stejném místě více zhuštěny. Během zchlazování skla se zhustí ještě více a tím se na povrchu vytvoří tlaková vrstva. (Corning zajišťuje rovnoměrnou iontovou výměnu regulováním faktorů jako jsou teplota a čas.) V porovnání s kalením skla zaručuje chemické tvrzení vyšší tlakové napětí v povrchové vrstvě (čímž zaručuje až čtyřnásobnou pevnost) a může být použito u skla jakékoliv tloušťky a tvaru.

Ke konci března měli výzkumníci nový vzorec skoro hotov. Museli však ještě přijít na způsob výroby. Vymýšlení nového výrobního procesu nepadalo v úvahu, neboť to by zabralo celé roky. Aby bylo možné splnit termín stanovený Applem, byli dva z vědců, Adam Ellison a Matt Dejneka, pověřeni úkolem upravit a odladit proces, který firma již úspěšně používala. Potřebovali něco, co bude schopné vyrábět obrovská množství tenkého a čistého skla, a to v řádu několika týdnů.

Vědci měli v podstatě jenom jednu možnost: proces „fusion draw“. (V tomto vysoce inovativním odvětví existuje spousta nových technologií, jejichž názvy ještě často nemají český ekvivalent.) Během tohoto procesu se nalévá roztavené sklo na zvláštní klín, kterému se říká „isopipe“. Sklo přetéká po obou stranách tlustší části klínu a na spodní úzké straně se opět spojuje. Poté putuje dál po válcích, jejichž rychlost je přesně nastavena. Čím rychleji se pohybují, tím tenčí sklo bude.

Jedna z továren, která tento proces využívá, se nachází v Harrodsburgu ve státě Kentucky. Na počátku roku 2007 tato pobočka jela naplno a jejích sedm pětimetrových nádrží přinášelo každou hodinu na svět 450 kg skla určeného do LCD panelů pro televize. Jedna z těchto nádrží by mohla postačit pro prvotní poptávku od Applu. Ovšem nejdříve bylo nutné přepracovat vzorce starých kompozic Chemcor. Nejenže sklo muselo být 1,3 mm tenké, muselo být také výrazně hezčí na pohled, než je řekněme výplň telefonní budky. Elisson a jeho tým měli na zdokonalení šest týdnů. Aby bylo sklo možné upravit v procesu „fusion draw“, je nutné, aby bylo i za relativně nízkých teplot extrémně pružné. Problém je, že cokoliv uděláte ke zlepšení pružnosti, zároveň podstatně zvyšuje bod tání. Vědcům se díky úpravám několika stávajících složek a přidání jedné tajné příměsi podařilo zlepšit viskozitu a zároveň zajistit vyšší napětí ve skle a rychlejší iontovou výměnu. Nádrž byla spuštěna v květnu roku 2007. Během června pak vyrobila tolik skla Gorilla Glass, že by to zaplnilo přes čtyři fotbalová hřiště.

Gorilla Glass se během pěti let změnilo z pouhého materiálu na estetický standard – nepatrný předěl, jež odděluje naše fyzická já od virtuálních životů, jež s sebou nosíme v kapse. Dotkneme se vnější vrstvy skla a naše tělo uzavře obvod mezi elektrodou a jejím sousedem, přeměňujíc pohyb v data. Gorilla je nyní celosvětově součástí více než 750 výrobků 33 značek, včetně notebooků, tabletů, chytrých telefonů a televizí. Pokud pravidelně jezdíte prstem po nějakém zařízení, pravděpodobně už se s Gorilla Glass znáte.

Příjmy Corningu během těchto let závratným způsobem vzrostly, z 20 milionů dolarů v roce 2007 na 700 milionů v roce 2011. A vypadá to, že pro sklo budou existovat i další možná využití. V praxi to dokázala firma Eckersley O’Callaghan, jejíž designéři jsou odpovědní za vzhled hned několika ikonických obchodů Apple Store. Na letošním London Design Festival totiž představili sochu vyrobenou pouze z Gorilla Glass. To by se nakonec mohlo znovu objevit na automobilových čelních sklech. Společnost už v současné době vyjednává o jeho použití ve sportovních autech.

Jak vypadá situace kolem skla dnes? V Harrodsburghu je běžně nakládají speciální stroje do dřevěných krabic, náklaďáky je přepraví do Louisville a vlak je poté vyšle směrem k západnímu pobřeží. Jakmile tam dorazí, jsou tabule skla umístěny na nákladní lodě a dopraveny do továren v Číně, kde je čeká několik finálních procesů. Nejdříve dostanou horkou draslíkovou koupel a poté jsou nařezány do menších obdélníků.

Samozřejmě že přes všechny svoje magické vlastnosti může Gorilla Glass selhat, a někdy dokonce velmi „efektně“. Rozbíjí se, když upustíme telefon, přemění se v pavoučka, když je ohýbáno, praská, když si na něj sedneme. Je to nakonec pořád sklo. A proto v Corningu existuje malý tým lidí, kteří se po většinu dne zabývají jeho rozbíjením.

„Říkáme tomu norské kladivo,“ řiká Jaymin Amin zatímco z krabice vytahuje velký kovový válec. Tento nástroj běžně používají letečtí inženýři pro testování odolnosti hliníkového trupu u letadel. Amin, který dohlíží na vývoj veškerých nových materiálů, natahuje pružinu v kladivu a uvolňuje do milimetr tenkého plátu skla celé 2 jouly energie. Taková síla vytvoří do masivního dřeva velký důlek, se sklem se však nic nestane.

Úspěch Gorilla Glass znamená pro Corning hned několik překážek. Poprvé ve svojí historii musí firma čelit tak vysoké poptávce po nových verzích svých produktů: pokaždé, když vydá novou iteraci skla, je nutné monitorovat, jak se chová po stránce spolehlivosti a robustnosti přímo v terénu. Za tím účelem shromažďuje Aminův tým stovky rozbitých mobilních telefonů. „Poškození, ať už je malé nebo velké, začíná téměř vždy na stejném místě,“ říká věděc Kevin Reiman a ukazuje na téměř neviditelnou prasklinu na HTC Wildfire, jednom z několika rozbitých telefonů, které má před sebou na stole. Jakmile jednou tuto prasklinku najdete, můžete změřit její hloubku, abyste získali představu o tlaku, jemuž bylo sklo vystaveno; pokud můžete tuto prasklinu napodobit, můžete zkoumat, jak se rozšířila celým materiálem a pokusit se jí napříště předejít, buďto úpravou kompozice nebo chemickým tvrzením.

Díky těmto informacím může zbytek Aminova týmu stále znovu a znovu zkoumat to samé selhání materiálu. Používají k tomu pákové lisy, pádové zkoušky na žulovém, betonovém a asfaltovém povrchu, pouštějí na sklo volným pádem různé předměty a vůbec používají řadu industriálně vypadajících mučicích zařízení s arzenálem diamantových hrotů. Mají dokonce i vysokorychlostní kameru, která je schopná nahrávat milion snímků za vteřinu, což přijde vhod při studiích ohýbání skla a rozšiřování prasklin.

Všechno to kontrolované ničení se však firmě vyplatí. Ve srovnání s první verzí je Gorilla Glass 2 o dvacet procent pevnější (a třetí verze by měla na trh dorazit už na počátku příštího roku). Vědci z Corningu toho dosáhli posunutím stlačení vnější vrstvy až na samotné hranice – u první verze Gorilla Glass byli tak trochu konzervativní – a nezvýšili přitom riziko explozivního rozbití, které je s tímto posunem spojeno. Přesto je sklo křehký materiál. A i když křehké materiály velmi dobře odolávají stlačení, jsou extrémně slabé při napínání: pokud je ohýbáte, mohou se rozbít. Klíčem ke Gorilla Glass je stlačení vnější vrstvy, jež zabraňuje rozšíření vzniklých prasklin celým materiálem. Když upustíte telefon, jeho displej se nemusel ihned rozbít, pád ovšem mohl způsobit dostatečnou škodu (stačí i mikroskopická prasklina), aby zásadně narušil pevnost materiálu. Další sebemenší pád potom může mít závažné důsledky. To je jedna z nevyhnutelných důsledků práce s materiálem, který je celý o kompromisech, o vytvoření dokonale neviditelného povrchu.

Jsme zpátky v továrně v Harrodsburgu, kde muž s černým tričkem s nápisem Gorilla Glass pracuje s plátem skla tenkým pouhých 100 mikronů (což je zhruba tloušťka alobalu). Stroj, který obsluhuje, prohání materiál řadou válců, z nichž sklo vychází zohýbané jako obrovský blyštivý kus průhledného papíru. Tento pozoruhodně tenký a svinovatelný materiál se nazývá Willow. Na rozdíl od Gorilla Glass, které funguje tak trochu jako brnění, Willow se dá přirovnat spíše k pláštěnce. Je odolný a lehký a skrývá se v něm velký potenciál. Vědci v Corningu se domnívají, že by materiál mohl najít uplatnění v ohebných designech smartphonů a v ultratenkých displejích OLED. Jedna z energetických společností by také ráda Willow viděla použitý v solárních panelech. V Corningu si dokonce představují i elektronické knihy se skleněnými stránkami.

Jednoho dne bude firma Willow dodávat na ohromných cívkách v množství 150 metrů skla. Tedy pokud si jej někdo skutečně objedná. Prozatím cívky zůstávají ležet ladem v továrně v Harrodsburghu a čekají, až pro ně vyvstane ten správný problém.

Zdroj: Wired.com
.