Elektroninis popierius

Skaitmeninis “popierius”, kuriame bus galima rodyti besikeičiančius tekstus ir grafiką, idealiai apjungs geriausias tradicinių spaudinių ir vaizdo ekranų savybes. Kompanijos lenktyniauja tarpusavyje, kas pirmiau įgyvendins šią užduotį, vystydamos dvi konkuruojančias technologijas.

Jis leidžia pasiekti puikią skyrą ir didelį kontrastą, jį galima skaityti iš didelio kampų diapazono, vaizdams saugoti nesunaudojama jokia išorinio šaltinio galia, sveria mažai, kainuoja dar mažiau ir, skirtingai nei dabartiniai kompiuterių ekranai, yra (tiesiogine ir perkeltine prasme) lankstus. Nieko keisto, jog tradicinis įrašas rašalu ant popieriaus lapo vis klesti ir skaitmeniniame pasaulyje, kuris turėjo išstumti popierių.

Bet rašalu popieriuje daromiems įrašams trūksta vieno svarbaus kompiuterių ekranų privalumo – jų negalima akimirksniu ištrinti, o popieriaus lapą po to pakartotinai naudoti milijonus kartų be jokių matomų susidėvėjimo žymių. Šiuo požiūriu elektroninis popierius bus gerokai pranašesnis, nes iš jo bus galima pagaminti ženklų ir skelbimų su nuolat atnaujinama informacija, nekertant dėl to ištisų hektarų miško, elektronines knygas, patogumu nenusileisiančias tradicinėms knygoms, ar laikraščius ir žurnalus, kurių turinys bus bevielio ryšio sistemomis perduodamas lankstiems, patogiems skaityti ekranams.

Per praėjusius trejus dešimtmečius būta nemažai tokio elektroninio popieriaus sukūrimo bandymų, tačiau tik pastaruoju metu tie tyrimai pradėjo išties įsibėgėti. Dėl atkaklios dviejų neseniai įsikūrusių firmų konkurencijos diena, kai didžiausieji laikraščiai ir žurnalai pradės naudoti šią terpę, ko gero, išauš dar nesulaukus 2010 metų. Abi šios kompanijos atskilo nuo dviejų svarbių mokslinių institucijų: Xerox Mokslinio centro (PARC) Palo Alto mieste, Kalifornijoje, ir Massachusetso technologijos instituto Informacinių terpių laboratorijos. Abiejų firmų technologija remiasi mažyčiais elektriškai įkrautais karoliukais, kurių sudaromi vaizdai yra valdomi elektroniškai. Firmos ne tik lenktyniauja tarpusavyje, kuri pirma pagamins komercinį gaminį, bet dar konkuruoja ir su laboratorijose atsirandančiais organiniais šviesos diodais.

Anksčiausiojo “elektrinio popieriaus”, kaip jis tuomet buvo vadintas, kūrimo bandymų buvo imtasi aštuntojo dešimtmečio pradžioje, kad tuometinių kompiuterių ekranų vaizdo kokybė buvo visai nepatenkinama. “Elektroniniai ekranai buvo labai blyškūs”, – prisimena Nicholas Sheridonas. “Norėjome rasti tokią medžiagą ekranams, kuri turėtų kuo daugiau popieriui būdingų savybių. Tuomet dar negalvojome apie patį popieriaus pakaitalą.”

Tuomet Sheridonas dirbo PARC ir kūrė tai, ką Xerox tuomet vadino “daugkartinio naudojimo elektroniniu popieriumi”. Prieš daugiau kaip dvidešimt metų jam į galvą atėjo svarbiausioji šios displėjų rūšies atsiradimą nulėmusi idėja – lanksčioje ir skaidrioje plėvelėje patalpinti mažyčius, vos žmogaus plauko storio, plastiko karoliukus. Kiekvienas karoliukas buvo dvispalvis: viena jo pusė balta, o kita – juoda (abi pusės įkrautos skirtingo ženklo elektriniais krūviais). Tereikėjo prie skaidraus paviršiaus prijungti atitinkamą elektrinį lauką ir karoliukus būtų buvę galima sukioti taip, jog jie atrodytų tai lyg balti, tai lyg juodi taškai. Faktiškai šitaip buvo pagamintas rašalas, kuris pats susitelkia į reikalingą vietą.

Sheridonas pavadino savąjį išradimą “Gyrikonu”, kas graikų kalboje reiškia “besisukantis vaizdas”. Xerox vadybininkai neilgai trukus padėjo išradimą į lentyną, nes juos tada labiau domino ne displėjai, o naujos spausdinimo technologijos, todėl daugkartinio naudojimo elektroninio popieriaus koncepcija buvo pamiršta ištisus 15 metų.

Iki tol, kol ši technologija bus pradėta naudoti komerciniams produktams, dar teks kiek luktelėti. Pradžioje technologiją kūrusi grupė atsiskyrė nuo Xerox į atskirą kompaniją. Gyricon Media buvo įkurta 2000 m. gruodžio mėnesį. Kitų metų kovo mėnesį Čikagoje vykusioje didelėje parodoje “GlobalShop” Gyricon jau pademonstravo savo pirmąjį gaminį – parduotuvėms skirtus keičiamo vaizdo informacinius plakatus. Sheridonas, kuris dabar yra Gyricon Media direktorius mokslo reikalams, didžiuodamasis pasakojo apie blyškiai žalią 11×14 colių dydžio ekraną, įtvirtintą ant aliuminio stovo, kokius paprastai matome didelėse parduotuvėse. Ekrane galima pakaitom vieną su kitu rodyti kelis įrašus, o trijų AA baterijų jam pakanka net dvejiem metams. Beveik 30 metų po to, kai gimė idėja, Sheridono elektroninis popierius pagaliau tapo realybe.

Kaip veikia elektroninis popierius

Abi dabar egzistuojančios komercinės elektroniškai konfigūruojamo popieriaus technologijos remiasi mikroskopiškais karoliukais, keičiančiais savo spalvą priklausomai nuo netoliese esančių elektrodų įtampos. Gyricon Media sukurtas “SmartPaper“ naudoja dvispalvius kietus rutuliukus, besisukančius vietoje (viršuje). E-Ink elektroninis rašalas naudoja permatomas, skystyje pakabintas mikrokapsules, kurių viduje yra pigmento (apačioje).

Šis prototipas, kuris dabar yra vadinamas “gudriuoju popieriumi” (smart paper), po parodos ištisą pusmetį buvo bandomas viename supermarkete Niūdžersio valstijoje. Skyra tebuvo gana nedidelė – vos 100 taškų colyje. Ekranas buvo pagamintas iš silikoninės gumos, sumirkytos alyvoje tam, kad joje galėtų lengviau sukiotis dvispalviai karoliukai, bet kadangi buvo naudojami nelankstūs elektrodai, visa konstrukcija buvo kieta kaip lenta.

2002 metais Gyricon tikisi pradėti pardavinėti panašaus dydžio ženklus, kurių įrašus bus įmanoma lengvai atnaujinti naudojant bevielio ryšio tinklą. Didelės prekybos kompanijos kas savaitę reklaminių skelbimų keitimui išleidžia daugiau kaip 250 000 dolerių, todėl tokie ženklai joms labai pravers. Be to, šiemet turi pasirodyti ir mažesni “SmartPaper” ženklai, skirti žymėti lentynose esančių prekių kainoms. Tai irgi labai svarbi pritaikymo sritis, nes JAV bet koks nurodytų parduotuvėje turimų prekių kainų netikslumas baudžiamas nemažomis baudomis.

Lankstus, daug kartų naudojamas elektroninis laikraštis ar elektroninis žurnalas, anot Sheridono, atsiras po kelerių metų. Jis netgi jau turi tokiems leidiniams naudotino elektroninio popieriaus koncepciją – prapjautą aliuminio cilindrą, iš kurio išsitraukia “SmartPaper” popieriaus lakštas. Panašu į papiruso ritinėlį. Veikiančiame modelyje išilgai plyšio esantys elektrodai įrašys lanksčiame popieriaus paviršiuje paskutines naujienas, o plastiko lakštai saugos elektroninį popierių nuo įbrėžimų. Jau gaminami mažesni karoliukai, kurių prireiks gerinant erdvinę įrašų skyrą. Kalbant apie spalvinius vaizdus, Sheridonas jau užpatentavo Gyricon karoliukus, turinčius plonus trijų spalvų filtrus. Kiekvienos spalvos karoliukus galima atskirai valdyti naudojant skirtingo lygmens įtampą.

Nors elektroninis popierius vis labiau panėšės į tikrąjį, jis niekad nebus visiškai toks pat. Elektroninis popierius visada bus sunkesnis ir storesnis. Bet gal visiška tikro popieriaus kopija ir nėra būtina.

Kompanija E-Ink

Realus popierius, sugebantis pats save prirašyti, tapo pirmuoju svarbiausiojo Gyricon Media konkurento skaitmeninio popieriaus rinkoje sukurtu gaminiu. 1995 m., nepriklausomai nuo Sheridono, šios problemos ėmėsi Josephas Jacobsonas, tuomet ką tik apsigynęs disertaciją Stanfordo universitete. Jo idėja buvo sukurti storą knygą su daugybe puslapių, į kuriuos būtų galima elektroniniu būdu perkelti “Karaliaus Lyro”, “Bendrosios reliatyvumo teorijos” ar bet kurio kito kūrinio turinį, kuris saugomas knygos nugarėlės silicio atmintyje.

Šiai vaizdų sudarymo technologijai Jacobsonas sumanė pasitelkti elektroforezę – elektrinio lauko sukeltą skystyje kybančių įelektrintų dalelių judėjimą. Vietoj pigmentu nuspalvintų karoliukų jis panaudojo skaidrias polimero mikrokapsules, užpildytas skystais mėlynais dažais bei baltomis dalelėmis. Kai teigiamai įelektrintos balto titano oksido dalelės likdavo matomoje mikrokapsulių pusėje, puslapis būdavo baltas; prie po kapsule esančio elektrodo pridėtas neigiamas krūvis apsukdavo daleles kita puse ir toje vietoje atsirasdavo į rašalu padarytą įrašą panašus vaizdas, kuris išlikdavo tol, kol priešingo poliarumo elektrinis impulsas vėl nesugrąžindavo baltojo pigmento. Atvirkščias procesas leido sukurti tamsiame fone baltas raides. Vandenyje išmaišytas mikrokapsules galima kaip rašalą užnešti ant popieriaus ar elektrodų turinčių medžiagų. Jacobsonas pavadino tai “elektroforeziniu rašalu” arba “E-rašalu” (E-ink).

Jis tęsė savo tyrimus ir tuomet, kai 1995 m. buvo paskirtas docentu MIT; jam padėjo du jo doktorantai – J. D. Albertas ir Barrettas Cominskey. Visi trys kartu su Harvardo absolventu Russelu Wilcoxu 1997 m. įkūrė kompaniją E-Ink Corporation. Nauja firma sugebėjo greitai pritraukti rizikos kapitalo kompanijų pinigus; į ją investavo keletas korporacijų, tokių kaip Motorola ir Hearst Corporation bei Gynybos projektų agentūra DARPA.

1999 m. E-Ink pagamino pirmuosius keičiamų parduotuvių iškabų pavyzdžius. Immedia iškabos buvo pagamintos ant kieto pagrindo (2×1,5 m dydžio); ant jų buvo galima rašyti dideliu baltu kursyvu mėlyname fone. Šias iškabas išbandė keli parduotuvių tinklai ir laikraščiai (pastarieji – reklaminiams skydams su svarbiausiomis naujo numerio antraštėmis). Po šių bandymų paaiškėjo, kad iškabas naudojusių parduotuvių apyvarta išaugo, bet klientai pageidavo didesnės spalvų, grafikos ir šriftų įvairovės. Šios iškabos buvo išimtos iš rinkos, kol E-Ink nesukūrė kitos kartos gaminių.

Praėjusių metų vasario mėnesį olandų Philips už 7,5 mln. dolerių dydžio investiciją į kompaniją užsitikrino ribotam laiko periodui pasaulines teises į E-Ink technologijos pagrindu sukurtų ekranų, skirtų asmeniniams skaitmeniniams asistentams PDA ir elektroninėms knygoms, gamybą ir pardavimą. Ši elektroninio popieriaus versija leidžia sunaudoti šimtą kartų mažiau energijos nei tokio pat dydžio skystųjų kristalų ekranus, todėl Philips tikisi žymiai pagerinti savo kišeninių kompiuterių, turinčių rinkoje pasirodyti per artimiausius porą metų, energetinį efektyvumą.

Kita korporacija – Lucent Technologies – taip pat investavo į E-Ink ir nusipirko iš jos licenciją čia sukurtai plastikinio tranzistoriaus technologijai. 2000 m. lapkritį ši korporacija pademonstravo pirmąjį lankstų elektroninio rašalo ekraną (5×5 colių) primenantį kilimėlį kompiuterio pelei. Taip buvo įrodyta, kad lanksčiame plastiko lakšte galima sukurti ir E-Ink mikrokapsules ir aktyviosios matricos grandyną.

Kartu su dar vienu partneriu, IBM Research, E-Ink pranešė sukūrusi pirmąjį didesnės skyros displėjų – 12,1 colio įstrižainės ekraną, turintį 83 taškų colyje skyrą – maždaug tokią pat, kaip tipiškame nešiojamojo kompiuterio ekrane. Siekdami patenkinti IBM iškeltus reikalavimus, E-Ink specialistai sugebėjo priversti mikrokapsules vartytis 10 kartų sparčiau negu pradinės versijos ekranuose. Didesniam kontrastui kapsulių dažai buvo ne mėlyni, o juodi.

Praėjusių metų gegužę E-Ink ir japonų Toppan Printing Company pademonstravo spalvinio elektroninio rašalo ekrano prototipą. Demonstracinis ekranas, kuriame buvo naudojamos Toppan gaminamos spalvų filtrų matricos, dabar plačiai naudojamos standartiniuose skystųjų kristalų displėjuose, turėjo aštuonias spalvas. E-Ink tikisi šios technologijos pagalba pagaminti 4096 spalvas turinčius displėjus, tiksiančius nešiojamųjų kompiuterių ir žaidimų monitoriams.

Šie pastarieji prototipai priartino E-Ink prie kompanijos išsikelto galutinio tikslo, kurį jie pavadino “radijo popieriumi”. Tai bus lankstus skaitmeninis popierius, kuriame bus galima formuoti didelės skyros spalvinius vaizdus, keičiamus per bevielį duomenų perdavimo tinklą. Tikimasi, kad radijo popierius taps komercine realybe apie 2005 metus. Tuo metu taip pat turėtų pasirodyti panašios Gyricon ir kitų konkurentų sukurtos technologijos.

E-Ink taip pat konkuruoja ir su organiniais šviesos diodais. Anglies junginiai, panašūs į E-Ink ir Lucent kuriamus lanksčius plastikinius displėjus, gali spinduliuoti šviesą, taip pat jie yra gana efektyvūs sunaudojamos energijos požiūriu. Ta aplinkybė, jog ši elektroninio popieriaus alternatyva yra kuriama Eastman Kodak, IBM ir kitų turtingų kompanijų, gali prisidėti prie to, kad ši technologija veikiai pasidarytų rimtu konkurentu.

Paskutinė knyga

Beveik iš pat pradžių Jacobsonas įsivaizdavo “paskutinę knygą”: kelis šimtus įrištų popieriaus puslapių, kurie gali patys atsispausdinti, kurių kiekviename yra po atskirą procesorių ir pakankamai daug nugarėlėje paslėptų atminties lustų, kuriuose galima sutalpinti visų Kongreso bibliotekos knygų turinį. Bet jeigu vienas elektroninio popieriaus lapas sugeba atkartoti bet kokį puslapį su tekstu, vaizdais, kam tada reikia vargti įrišant tiek daug puslapių? Anot Jacobsono, svarbu pasitelkti skaitytojo erdvinę atmintį – sklaidant knygą lengviau joje surasti reikiamą citatą ar iliustraciją.

Kažkur tarp Jacobsono elektroninio tomo ir Sheridono elektroninio papiruso turi įsiterpti dar vienas elektroninis leidybinis formatas. Tai naujoviškas spaudos lapo – dvinario (8, 16 ar 32) – iš vieno lapo išpjautų puslapių skaičiaus kartotinis. 1999 m. Robertas Steinbugleris, IBM strateginio planavimo skyriaus vadovas, parodė elektroninio laikraščio – lankstaus ekrano, turinčio aštuonis dvipusės spaudos iš elektroninio popieriaus pagamintus lapus – konstrukcijos prototipą. Todėl, kai yra žinoma, kaip spartėja elektroninio popieriaus kūrimo darbai, galima tikėtis, kad greitai laikraščiai ir žurnalai bus leidžiami ne tik popieriuje ar Internete, bet ir elektroniniame popieriuje.