Patukkapuhelimet jäävät historiaan, kun nanotekniikka tuottaa kalvon, jonka voi painaa kiinni ihoon.

Teksti: Maria Korteila

Patukkapuhelimet jäävät historiaan, kun nanotekniikka tuottaa kalvon, jonka voi painaa kiinni ihoon.

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2012

Vallankumous on ovella: kännykät vapautuvat kahleistaan! Tai pikemminkin niiden suunnittelijat.

Nykypuhelinten ilmettä ja rakennetta hallitsee kaksi ohittamatonta tosiasiaa: iso akku ja iso näyttö. Kun vielä loputkin laitteesta on rakennettava kovien piirilevyjen kerroksista ja kaikki peitettävä metalli- tai muovikuoreen, on selvää, että kännykät näyttävät, noh, kännyköiltä.

Eivät kauan.

Tulevalla vuosikymmenellä akku ei enää rajoita kännykän muotoa ja kokoa, kun sen rinnalle tulevat pikkuruiset superkondensaattorit. Niiden ansiosta energianlähteet voidaan hajauttaa eri puolille laitetta. Yhden möhkäleakun tilalla onkin monta pientä varastoa: antenni saa virran yhdestä, näyttö toisesta lähteestä.

Näyttökään ei enää kahlitse puhelimen rakennetta, sillä koko laite voi olla kosketusnäyttöä. Tätä kehitystä tukevat muun muassa itsestään puhdistuvat pintamateriaalit. Niiden ansiosta sormenjäljet, ihon mikrohiki ja vesipisarat eivät jää kosketusnäytön pintaan.

Tulevaisuudessa matkapuhelinten rungot taipuvat, eikä tekniikka rajoita niiden muotoa. Taipuisaan materiaaliin upotettu elektroniikka joustaa muttei pauku.

Kaiken tämän mahdollistaa nanoteknologia, tuo aikamme suuri lupaus.

Grafeenissa toiveominaisuudet

– Kun kehitetään aivan uudenlaista teknologiaa, työ vie helposti aikaa seitsemän–yksitoista vuotta, sanoo Nokia Reseach Centerin Cambridgen laboratorion johtaja Tapani Ryhänen. – Nokian nanotutkimuksen historia alkaa olla seitsenvuotinen, ja nyt mahdollisuudet ovat konkretisoitumassa.

Nokia kehittää Cambridgessa laajan yhteistyöverkon kanssa nanomateriaaleihin perustuvaa mobiiliteknologiaa. Yksi lupaavimmista uusista materiaaleista on grafeeni, Nobel-palkinnon löytäjilleen 2010 tuonut hiilen muoto, joka on vain yhden atomikerroksen paksuinen.

Grafeeni johtaa sähköä monikymmenkertaisesti piihin nähden, ja lujuus on monisatakertainen teräkseen verrattuna. Grafeenista voi valmistaa muun muassa sähköä johtavia kalvoja, jotka ovat joustavia ja läpinäkyviä.

Grafeeni ja muut nanohiilet ovat lupaavia materiaaleja myös kehitettäessä nykyistä parempia akkuja, superkondensaattoreita.

Ryhäsen mukaan hiilinanoputketkin ovat jo kaupallistumisen kynnyksellä. Ne ovat hiiliatomeista muodostuvia, jopa millimetrien mittaisia molekyylejä, jotka grafeenin tapaan johtavat hyvin sähköä.

Taipuisa kännykkä tulossa

Nokia tarjoaa visioksi tulevasta kaksi jännittävää konseptipuhelinta: Nokia Human Formin ja hieman kaukaisempaa tulevaisuutta edustavan Nokia Ihon.

Nokia Human Form on pitkänomainen, taipuisa kännykkä, joka on kauttaaltaan kosketusnäyttöä ja jota voi käyttää myös taivuttelemalla ja heilauttelemalla.

Nokia Iho ei näytä kännykältä enää lainkaan: se on läpinäkyvä, lähes kalvomainen laite, joka tarttuu kiinni ihoon adhesiivisen pintansa ansiosta – nanotekniikkaa sekin. Elastisesta, silikonikumin kaltaisesta materiaalista valmistettu sähköinen iho venyy samalla lailla kuin ihmisiho: joustavasti ja muotonsa säilyttäen.

Alkaa tuntua eksoottiselta. Mutta konseptipuhelimet ovatkin hahmotelmia tulevaisuuden mahdollisuuksista, eivät uusien kännykkämallien prototyyppejä. Kaavailut harvoin toteutuvat aivan sellaisinaan.

– Kun alamme rakentaa visiota, emme lukitse aikaa emmekä teknologiaa, sillä se rajoittaisi liikaa mielikuvistusta, sanoo Nokian muotoilun teknologianäkymistä vastaava johtaja Tapani Jokinen. – Emme voi tietää tarkasti, mikä on mahdollista yli viiden vuoden kuluttua. Vision jälkeen päivitämme ja tarkennamme näkemystä.

Visiot toteutuvat pala palalta. Nokia Human Formista on jo napattu käyttöön joustavuus Nokian Kinetic -puhelimen prototyyppiin. Se on vielä suorakaiteen muotoinen, mutta sitä käytetään taivuttelemalla eikä se ole maahan paiskaamisesta moksistaan. Markkinoille tällainen laite saattaa ehtiä jo lähivuosina.

Nokia Human Formon uuden polven taipuisa puhelin, jonka koko runko toimii kosketusnäyttönä. Tottelee myös taivuttelua.

Nokia Ihoon sähköisen ihon koeversio, kalvon omainen puhelin, joka kiinnittyy käteen polymeerin ja ihon väliin syntyvillä molekyylitason vetovoimilla.

Kehityksen moottoreina

1 Nanomateriaalit Niillä saa elektroniikan sietämään venytystä, joten puhelimen voi rakentaa joustavaksi. Lupaavimpia ovat hiilen nanorakenteet grafeeni ja hiilinanoputki.

2 Nanoanturit Kun puhelimen antureihin eli keinotekoisiin aistimiin tulee nanotekniikkaa, voi tarkkailla esimerkiksi ympäristön kaasuja ja pintojen kemikaaleja.

3 Painettu elektroniikka Näytöt, akut, anturit ja muut voi painaa joustavaan materiaaliin massatuotantona.

Nanovallankumous tuo uudet tavatVastaat puristamalla, vaihdat valikkoa taivuttamalla, kirjoitat sokkona ja suunnistat värinällä.

JoustaaTänään Peukalosi on puutunut ainaisesta näpyttelystä.Huomenna Käytät kännykkääsi vääntelemällä, taivuttelemalla, heilauttamalla ja puristelemalla.

Uuden sukupolven matkapuhelimet ovat kauttaaltaan taipuisia ja joustavia, sillä nanomateriaaleista valmistettu elektroniikka sopii venyviin rakenteisiin. Kestävyys ja taskumukavuus paranevat, ja käyttöliittymäkin voi mullistua. Näppäimet tai kosketusnäyttö toimivat yhä, mutta liikut valikoissa ja nettisivuilla myös taivuttelemalla laitetta – vaikka rukkaset kädessä. Kun esimerkiksi kesken puhelun taitat puhelimen yläosaa korvaasi kohti, äänenvoimakkuus kasvaa. Kun puhelimesi soi, vastaat puristamalla sitä.

OsuttaaTänään Osut kosketusnäytössä usein vääriin näppäimiin.Huomenna Tunnet merkit kuin kohokuvioina. Pystyt käyttämään puhelinta katsomattakin.

Trendiksi tulevat kosketusta monipuolisesti hyödyntävät käyttöliittymät. Erillisen näytön sijasta kosketusnäyttönä toimii laitteen koko pinta. Kosketukseen perustuva haptinen näyttö tuottaa sormenpään ja näytön välisen jännitteen avulla karheuden tunnun. Sormea liikutellessa esimerkiksi kirjaimet tuntuvat kohokuvioilta, joten aistit, oletko näppäimen päällä vai sen vieressä. Nettilehtien sivuilla linkit voivat tuntua sormeen erilaisilta kuin muu teksti. Sama tekniikka auttaa näkövammaisia.

OpastaaTänään Tarkastat kadulla navigointiohjeita. Tungoksessa kännykkäsi varastetaan.Huomenna Nyrkissäsi taipuisa puhelin ohjaa reittiä vääntämällä kättäsi ja värähtelemällä.

Kosketukseen perustuvan navigaattorin käyttäminen ei vaadi silmiä. Reittiä ei tarvitse katsoa näytöstä, koska puhelin kertoo esimerkiksi kiihtyvän ja harvenevan värinän avulla, oletko menossa oikeaan vai väärään suuntaan, oli laite sitten kädessäsi tai taskussasi. Joustava puhelin voi sisältää myös gyroskooppeja tai mikromoottoreita, jolloin se tuntuu vääntävän itseään kohti määränpäätä.

HaistaaTänään Haistat terassilta sisätiloihin leijailevan savun. Pihvit unohtuivat grilliin!Huomenna Puhelimesi haistaa terassilta sisätiloihin leijailevat savukaasun molekyylit. Ehdit pelastaa pihvit!

Erilaisia pieniä aistimia eli antureita on mobiililaitteissa nykyisinkin, ja tulevaisuuden nano- ja biotekniset anturit lisäävät aistintamahdollisuuksia. Esimerkiksi mikrosiruun istutettu nanolanka voi tunnistaa erilaisia molekyylejä. Puhelimeen voi sisältyä savu- ja häkäilmaisin. Laite voi tarkkailla ilmansaasteita tai tarkistaa, voitko syödä ostamasi hedelmän siltään vai onko syytä pestä pois pinnan kemikaalikerros. Nanoantureiden käyttötapoja voi räätälöidä käyttäjän tarpeiden mukaan.

LataaTänään Kännykkäsi akku on lopussa. Lainaat kaveriltasi laturia toviksi jos toiseksikin.Huomenna Akkusi on tyhjä, mutta kaverisi akku on täynnä. Hän koskettaa puhelimellaan puhelintasi, ja akku latautuu.

Nykyisten litiumakkujen lisäksi tulevaisuuden puhelimiiin tuottavat virtaa nanoteknisiset superkondensaattorit. Nykyakku varastoi energian kemiallisilla reaktioilla, superkondensaattori ionien sähkövarauksilla. Superkondensaattoripuhelin latautuu sekunneissa, ja yhtä nopeasti latausta voi siirtää puhelimesta toiseen. Nanokondensaattoreita saadaan grafeenista ja hiilinanoputkien verkoista. Kondensaattorit voivat olla läpinäkyviä, joten ne eivät rajoita puhelimen näyttöä.

MittaaTänään Harjoittelet maratonia varten. Käytät apuna sykemittaria ja treenipäiväkirjaa.Huomenna Ohut ihon kaltainen kämmenselkäpuhelin mittaa lenkkiesi lisäksi sykettäsi ja lämpötilaasi ympäri vuorokauden.

Taivuteltavan puhelimen seuraaja on ihoon kiinnittyvä ja ihon lailla joustava läpinäkyvä kalvo, sähköinen iho, ihokki. Se reagoi painalluksiin kuin tavallinen kosketusnäyttö, mutta sitä venyttämällä voi esimerkiksi suurentaa tekstin kokoa. Laitteen voi painaa kiinni kämmenselkään, kietaista ranteen ympärille tai tunkea taskuun. Joustavuuden mahdollistavat muun muassa höyrystetystä kullasta valmistetut johtimet. Iholla pysyvä mobiililaite avaa uusia mahdollisuuksia esimerkiksi oman kehon tarkkailuun.

Kännykän suppea historia

1973 Motorola julkistaa ensimmäisen analogisen matkapuhelimen Dynatacin prototyypin, jolla soitettiin kokeeksi yksi puhelu, tarinan mukaan väärään numeroon. Siitä tuli kaupallinen tuote vasta 10 vuotta myöhemmin.1979 Japanissa NTT avaa maailman ensimmäisen kaupallisen, automaattisen matkapuhelinverkon.1981 Pohjoismaat avaavat oman nmt-verkkonsa.1984 Nokia julkistaa ensimmäisen kannettavan autopuhelimen, Talkmanin. Paino 5,5 kg.1987 Nokia julkistaa Mobira Citymanin, ensimmäisen käteen käyvän matkapuhelimen. Paino 800 grammaa. Elokuvassa Wall Street Michael Douglasin esittämä Gordon Gekko kanniskelee Motorolan Dynatacia. Myös se painaa noin 800 grammaa.1989 Sana "kännykkä" rekisteröidään.1989 Neuvostoliiton presidentti Mihail Gorbatšov soittaa 26.10. Nokian Citymanilla Suomesta Moskovaan. Valokuvasta tulee historiallinen.1990-luku Matkapuhelimet yleistyvät ja syrjäyttävät lankaliittymät.1990 Maailmassa on 10 miljoonaa kännykän käyttäjää.1991 Maailman ensimmäinen kaupallinen digitaalinen matkapuhelinverkko gsm avautuu Suomessa. Suomen Pankin johtokuntaan kuuluva Harri Holkeri soittaa ensimmäisen gsm-puhelun.1993 Suomessa lähetetään ihmiseltä toiselle maailman ensimmäinen tekstiviesti.1997 Korealainen Kyocera VP-210 Visual Phone kuittaa kunnian maailman ensimmäisestä kaupallisesta kamerakännykästä. Siinä on myös videokamera.1996 Nokia lanseeraa ensimmäisen kommunikaattorin, "henkilökohtaisen digitaalisen avustajan", jota pidetään älypuhelinten edeltäjänä.1997 Ericsson lanseeraa konseptipuhelimensa yhteydessä termin "älypuhelin".1998 Maailman ensimmäinen kännykän kaupallinen sisältö, soittoääni, ladataan Suomessa.1999 Japanin NTT Docomo tuo ensimmäisenä Internetin ja sähköpostin kännyköihin. Nokia lanseeraa Internetin selaamiseen sopivat wap-puhelimet. Suomalainen Benefon tuo markkinoille ensimmäisen gsm-puhelimen, jossa on gps, satelliittipaikannus.2000-luku Internet, sähköposti, kamerat ja navigaattorit muuttuvat lisävarusteista lähes vakiovarusteiksi.2000 Nokia esittelee tekstiviestien ennakoivan tekstinsyötön. Ulkoinen antenni katoaa.2002 Värilliset näytöt tulevat. Maailman kännykän käyttäjien määrä ylittää miljardin.2004 Kännykkäkameroiden kuvatarkkuus nousee megapikseleihin ja käyttö laajenee.2005 Simpukkakännykät nousevat suureen suosioon ja aasialaiset valmistajat Samsung etunenässä valtaavat markkinoita.2006 Maailman kännykän käyttäjien määrä ylittää kaksi miljardia.2007 Apple tuo markkinoille iPhonen. Kosketusnäytölliset kännykät alkavat yleistyä.2008 Israelilainen Modu kuittaa maailman pienimmän kännykän Guinnessin ennätyksen. Paino 40 grammaa.2009 Suomessa puheluista yli 90 prosenttia soitetaan kännykällä.2010 TeliaSonera avaa Ruotsissa maailman ensimmäisen 4g-matkapuhelinverkon.2011 Yli puolet Suomessa myydyistä kännyköistä on älypuhelimia.2012 Maailmassa on noin 6 miljardia kännykän käyttäjää.