magazine issue 02/ 2015

العدد 02/ 2015


When LED lights were invented in the early sixties, first red and then green, it seemed only a matter of time until the blue LED would hit the market. But the work went on and on and with no success. All the scientists failed. All except one.


Astro Boy aka Mighty Atom is a comic-book robot. Developed by a genius scientist, Astro Boy feels like a human, and he helps people as well. He boasts seven different superpowers—including high intensity lights in his eyes. For 16 years, from 1952 to 1968, he fought aliens, rogue robots and evil itself. Again and again, with endless endurance, he protected all those in need of help.

Shuji Nakamura, now 60, grew up during this time. Mighty Atom was his favorite comic book. And his friends’ favorite, too. But, while his friends wanted to be like Mighty Atom, Nakamura dreamed of being the scientist who created him. In a way, Mighty Atom was also Nakamura’s path to the Nobel Prize.

“The LED lamp holds great promise for increasing the quality of life for over 1.5 billion people around the world,” the Royal Swedish Academy of Sciences said in December 2014 at the ceremony awarding the Nobel Prize in Physics to Shuji Nakamura, now a US citizen, and professor at the University of California, Santa Barbara. The reason for the honor? Shuji Nakamura revolutionized artificial light virtually single-handedly: In 1993, he invented the blue LED. That doesn’t sound so spectacular, considering that red and green LEDs have been around since the 1960s. Yet the impact can hardly be overstated. The reason blue LED is so important is that white light—which we perceive as daylight, for example, just like black and gray—is not part of the color spectrum but is created from a mix of individual colors: green, red and blue. The same is true of bright sunlight. “I like sunlight,” Shuji Nakamura says. “I like being outdoors and in fact, in everything I do, I’m aiming to imitate the sun.”

Whereas LEDs were chiefly used to illuminate emergency exits in the past, blue light has changed everything. “That was always my dream,” Nakamura says. “Science has to help people, otherwise it’s not science.”

For all their power, LEDs are far more efficient than standard light bulbs: They create about twenty times more light using the same amount of electricity. This is incredible potential, given that nearly a quarter of the electricity consumed worldwide is needed for lighting. Especially considering that they also last longer; while an LED burns for 100,000 hours on average, a normal bulb only has a life of about 1,000 hours. What’s more, an LED beam can be directed with greater precision. Street lights, for instance, no longer shine up into the sky. Installed in car headlights, LEDs not only open up entirely new design possibilities, they also enhance safety. Drivers of approaching vehicles are no longer dazzled at night, since individual diodes can be switched off. A kind of cocoon is created around the other road users, while everything around them is brightly illuminated. Without Nakamura’s LED breakthrough, we would have neither smartphones nor flat-screen TVs.

On a far more elementary level, the technology is likely to change the way the Earth looks at night. Because LEDs are cheap and efficient, they have become the greatest hope of providing people in developing countries with electricity. During the daytime, solar cells store the energy in batteries, which then power LEDs at night. “LEDs will be the lighting source of the 21st century,” the Nobel committee said in commendation. And it all depends on blue light. “No doubt about it,” Shuji Nakamura says, “this makes me very proud.”

Even huge companies that invest millions upon millions in research each year assumed in the 1970s that it was simply not possible to develop a blue LED. Only Nakamura persevered. In his research, he used a process other scientists had abandoned years before. He started working for a fluorescent lamp manufacturer called Nichia in the late 1970s. It was a small company in southern Japan, far from Tokyo’s booming technology industry. “That helped my research,” he says. Unlike the competitors, his company was free of hierarchies, so he only had to persuade the owner.

Nakamura didn’t have to follow any trends. At the time, the company’s research department consisted of just one employee: Shuji Nakamura. Business was slow, and they needed a new product. So Nakamura investigated red light diodes—until Toshiba overtook him. He switched to infrared diodes—same story. “It was nothing but sheer desperation that drove us to try making blue LEDs out of gallium nitride,” Nakamura says today. Ultimately all the others had failed, so there was no competition.
When Nakamura suggested working on a blue LED, his boss agreed on the spot. “The meeting took no more than a minute,” Nakamura says. When he started out, research in general took no notice of him. This was partly due to his extremely pragmatic approach, and also because, lacking a doctorate, he did not publish his work. Nichia treated his dozens of patents as a trade secret. And the blue LED didn’t change that.

Even though Nakamura’s success made Nichia the world leader in LEDs overnight, a position the company still holds today, Nakamura himself received a bonus of just under 180 euros—a perfectly adequate sum in Japan at that time. So Nakamura didn’t complain. Until 2000, by which time he had moved to the University of California, Santa Barbara, and was hit with a lawsuit by his former employer. The accusation: theft of trade secrets. “It still makes me angry,” Nakamura says. He responded by suing the company for his share of the royalties, and was awarded just under 200 million dollars. The company appealed and a settlement was eventually reached for a payment of six million—the highest amount ever paid to a scientist in Japan. In the process, the lawsuit completely changed Japanese corporate culture.

“All I really want to do is research,” Nakamura says. He is currently focusing on laser technology—that is, when he can find the time. The Nobel Prize has created such an uproar that he rarely makes it into the lab. “But the Nobel Prize does have its advantages,” Nakamura says. Such as? “Now I have a parking spot on campus.”


Discovering great stories online:

All over the world, there are stories about people like Shuji Nakamura that need to be told. The Map of Greatness is a digital platform that introduces these personalities. Scientists, athletes and visionaries who have embraced challenges and defied all odds to stride out ahead of the pack in their respective fields.

عندما تم ابتكار المصابيح العاملة بتقنية LED في أوائل ستينيات القرن الماضي، بداية مع المصابيح بالضوء الأحمر ثم الأخضر، كان هناك اعتقاد أن مصابيح LED بالضوء الأزرق ستدخل إلى الأسواق لاحقاً لكن الأمر هو مجرّد وقت فقط. إلا أن السعي لتحقيق هذا الشيء استمر لفترات طويلة دون أي نجاح فعلي. فلقد أخفق كل العلماء في ابتكار مصباح LED بالضوء الأزرق، جميعم في الواقع، إلا واحد.


اشتهرت خلال فترة الخمسينات والستينات من القرن العشرين، وبالأخص في اليابان، سلسلة من القصص الخيالية المصوّرة نجمها رجل آلي صغير اسمه آسترو بوي Astro Boy أو المعروف باسم مايتي آتوم Mighty Atom. وكان هذا الرجل الآلي الذي قام بتطويره أحد العلماء البارزين يتميّز بكونه يشعر مثل الإنسان ويعمل على مساعدة البشر في كثير من الأمور. ولقد كان يتمتّع بسبع قوى خارقة، من بينها أنواره عالية الكثافة الموجودة في عينيه. وعلى مدى 16 سنة بين 1952 و1968، خاض آسترو بوي الحروب ضد شتى المخلوقات الفضائية والرجال الآليين الأشرار، وحتى أنه قاوم الشر نفسه. ولقد استمر طيلة هذه المدّة بالاعتماد على قواه الخارقة لتوفير الحماية والمساعدة لكل من يحتاج دون أي كلل.

في ذلك الزمن، ترعرع شوجي ناكامورا البالغ من العمر الآن 60 سنة. ولقد كان مايتي آتوم كتابه المصوّر المفضّل في ذلك الحين، وكذلك كان الأمر بالنسبة لأصدقائه أيضاً. لكن في الوقت الذي كان هؤلاء الأصدقاء بمعظمهم يتمنّون أن يكونوا مثل مايتي آتوم، وحده ناكامورا حلم بأن يكون العالم الذي ابتكر هذه الشخصية المميّزة. وبشكل من الأشكال، يمكن القول أن مايتي آتوم مهّد الطريق أمام ناكامورا للفوز بجائزة نوبل العالمية.

في بيان لها في شهر ديسمبر من العام 2014، قالت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم: “إن مصباح LED يَعِدُ بتحسين جودة الحياة لما يزيد عن 1.5 مليار شخص حول العالم،” ولقد جاء ذلك خلال حفل منح جائزة نوبل في الفيزياء إلى شوجي ناكاموارا، الذي أصبح اليوم مواطناً أمريكياً يشغل منصب بروفسور في جامعة كاليفورنيا بمدينة سانتا باربارا. لكن ما سبب كل هذا التكريم؟ فلقد أحدث ناكامورا ثورة فعلية في عالم الاضاءة التقليدي وتمكّن من تحقيق هذا الشيء وحده وبجهده الشخصي تقريباً. ففي العام 1993، ابتكر مصباح LED بالضوء الأزرق. هذا الأمر بحد ذاته قد لا يعني الكثير للبعض، خصوصاً عندما نعلم أن هكذا مصابيح بالضوئين الأحمر والأخضر كانت متوافرة منذ ستينيات القرن. إلا أن الأثر الذي أدّى إليه هذا الابتكار بالذات كان هائلاً جداً. فالأهمية الكبيرة لمصباح LED بالضوء الأزرق تعود إلى واقع علمي وهو أن الضوء الأبيض – الذي نعتبره مشابهاً لضوء النهار، وهو على سبيل المثال مشابه تماماً للونين الأسود والرمادي – ليس جزءاً من الطيف اللوني بل يتم توليده من خلال الجمع بين مجموعة ثنائيات من أضواء منفردة هي الأخضر، الأحمر والأزرق، وهو أمر ينطبق على ضوء الشمس الباهر. وحول هذا يقول شوجي ناكامورا: «أنا أعشق ضوء الشمس، كما أحب التواجد في الخارج دوماً. وفي الواقع، أهدف من خلال كل ما أقوم به إلى محاكاة ما تمنحنا إياه الشمس.”

وبينما كان في الماضي يتم استخدام مصابيح LED بشكل أساسي لإنارة مخارج الطوارئ فقط، فقد جاء الضوء الأزرق ليغيّر كل شيء في هذا المجال. ويعلّق ناكامورا قائلاً: “لقد كان هذا حلمي باستمرار. فعلى العلم أن يوفر المساعدة للناس، وإلا فهو ليس علماً حقيقياً.”

تتمتّع مصابيح LED بكثير من المزايا البارزة، مع كفاءة أعلى بكثير من المصابيح التقليدية. فهي تولّد نوراً أقوى عشرين مرّة باستخدام الكمية ذاتها من الطاقة الكهربائية. وهذا الأمر بعينه يحمل الكثير من الفرص، خصوصاً عندما نعرف أن حوالي ربع الطاقة الكهربائية التي يتم استهلاكها في العالم تذهب لأغراض الإنارة. وهناك ميّزة أخرى تكمن في فترة صلاحية هذه المصابيح المبتكَرة، إذ يمكن أن تدوم مصابيح LED لنحو 100,000 ساعة كمعدّل عام، بينما تدوم المصابيح الكهربائية المتوهّجة لنحو 1,000 ساعة فقط. وهناك المزيد أيضاً. فعبر مصابيح LED، يمكن توجيه شعاع الضوء بدقّة أعلى بكثير. وعلى سبيل المثال، لم تعد المصابيح المخصّصة لإنارة الطرقات تبثّ نورها نحو الأعلى بل يتم تركيز كل شعاع الضوء إلى مكان محدّد نحو الأسفل باتجاه الطريق. وعند تركيبها في الأضواء الأمامية للسيارات، فإن مصابيح LED لا تفتح آفاقاً أوسع بمجال التصميم فحسب، بل تسهم أيضاً بتعزيز مستويات السلامة. فسائقو السيارات القادمة من الجهة الأمامية لن يتأثّروا بقوّة الضوء أثناء القيادة الليلية إذ في الإمكان إيقاف عمل الصمّامات الثنائية المفردة، كما يتم خلق ما يشبه الشرنقة حول مستخدمي الطرق الآخرين بحيث لن يتأثّروا بالضوء المقابل لهم، بينما تتم إنارة باقي المحيط بقوّة عالية. وبدون هذا الابتكار المتطوّر جداً الذي قدّمه ناكامورا، لما كان بالإمكان أيضاً الحصول على الهواتف الذكية أو حتى شاشات التلفزيون المسطّحة.

أما على المستوى المبدئي، فهذه التقنية سوف تغيّر الشكل الذي يظهر عليه كوكب الأرض أثناء الليل. وكون مصابيح LED أرخص سعراً وأكثر كفاءة، فقد أصبحت الأمل الأبرز ضمن السعي لتوفير الكهرباء للناس في الدول النامية. فخلال الفترة النهارية، تعمل الخلايا الشمسية على تخزين الطاقة في بطاريات لتقوم بعدها بتزويد مصابيح LED بهذه الطاقة للعمل أثناء الليل. ولقد علّقت لجنة جائزة نوبل على هذا الموضوع بالقول: “سوف تكون مصابيح LED مصدر الأنارة للقرن الواحد والعشرين. وكل هذا يعتمد على الضوء الأزرق.” من جهته، يؤكّد ناكامورا بقوله: “لا يوجد أي شك حيال هذا الأمر، مما يمنحني الكثير من الفخر فعلاً.”

وبالعودة قليلاً إلى الماضي، فحتى الشركات العملاقة التي استثمرت ملايين الدولارات سنوياً في مجال الأبحاث والتطوير، اعتبرت في سبعينيات القرن العشرين أنه من غير الممكن تطوير مصباح LED بالضوء الأزرق. لكن ناكامورا كان الوحيد الذي أصرّ على تحقيق هذا الأمر. وفي أبحاثه، اعتمد أسساً كان باقي العملاء قد تخلّوا عنها قبل سنوات عديدة. فقد كان بدأ العمل في شركة لتصنيع مصابيح الفلورسنت تحمل اسم نيتشيا Nichia بنهاية السبعينيات. وكانت هذه الشركة من الحجم الصغير ويوجد مقرّها في جنوب اليابان بعيداً عن العاصمة طوكيو التي يزدهر فيها قطاع التقنيات بشكل كبير. ويوضح ناكامورا قائلاً: “لقد ساعد هذا الأمر في تمكيني من المضي قُدُماً بأبحاثي،” إذ بالنسبة له كانت هذه الشركة خالية من أي عوائق إدارية كما هو الحال في الشركات المنافسة الضخمة، مما سهّل عليه الأمر كثيراً حيث كان عليه فقط إقناع مالك الشركة للقيام بالأبحاث المطلوبة لتطوير ابتكاراته.

ولم يكن على ناكامورا في ذلك الوقت اتباع أي مبادئ محدّدة في أبحاثه. فقد كانت الشركة في ذلك الوقت تضم موظّفاً واحداً في قسم الأبحاث والتطوير، وكان هذا الموظّف الوحيد هو شوجي ناكامورا نفسه. كما كانت أعمال الشركة بطيئة بعض الشيء في ذلك الوقت مما جعلها بحاجة لمنتج جديد تعمل على تطويره وبيعه. لذلك أجرى ناكامورا أبحاثاً ودراسات إضافية على الصمّامات الثنائية بالضوء الأحمر لكن شركة توشيبا العالمية تمكّنت من التفوّق بهذا المجال أكثر، لينتقل بعدها إلى الصمّامات الثنائية بالأشعة ما تحت الحمراء ليتكرّر الأمر ذاته معه مجدّداً. ويعلّق اليوم ناكامورا على ما حصل بالتالي: “لقد دفعنا الإحباط واليأس التام إلى السعي لصنع مصابيح LED بالضوء الأزرق بالاعتماد على نيتريد الغاليوم.”

تجدر الإشارة إلى أن الجميع كانوا قد أخفقوا في تحقيق أي نجاح ضمن هذا المجال، وبالتالي لم تكن هناك أي منافسة قوية توجّب على ناكامورا مواجهتها.

وهو يذكر أنه عندما اقترح بدء العمل على تطوير مصباح LED بالضوء الأزرق، وافق مديره فوراً على هذا الشيء، ويقول معلّقاً على الموضوع: «لم يستغرق الاجتماع الخاص بهذا الأمر أكثر من دقيقة واحدة.» وعندما باشر عمله، لم تأخذ الأبحاث جهداً كبيراً ويعود السبب بجزء منه إلى التوجّه العملي جداً الذي اتبعه، وكذلك بسبب عدم حمله لشهادة دكتوراه في العلوم مما لم يضطره لنشر أبحاثه. وبالتالي، تعامل ناكامورا مع عشرات حقوق الملكية الفكرية الخاصّة به على أنها أسراراً تجارية، ولم تخرج الأبحاث الخاصّة بمصباح LED ذي الضوء الأزرق عن هذا السياق.

وعلى الرغم من أن نجاح ناكامورا المبهر في هذا المجال قد جعل شركة نيتشيا رائدة على الصعيد العالمي في مجال مصابيح LED بين ليلة وضحاها، وهو موقع لا تزال تحتلّه الشركة حتى اليوم، إلا أن ناكامورا تسلّم علاوة لم تزد عن 180 يورو، وكان هذا المبلغ مناسباً في اليابان بذلك الوقت من الزمن، لذا لم يعترض على هذا الأمر أبداً. لكن في العام 2000 عندما انتقل إلى جامعة كاليفورنيا بمدينة سانتا باربارا الأمريكية، واجهته شركته السابقة بدعوى قضائية متهمة إيّاه بسرقة أسرار تجارية مما أزعجه كثيراً وهو يؤكّد لليوم قائلاً: “لا يزال هذا الأمر يشعرني بالغضب.” لكنه في المقابل استجاب بمقاضاة الشركة لقاء حصّته من حقوق الملكية وتم إقرار منحه مبلغاً كبيراً من المال كاد يصل إلى حدود 200 مليون دولار أمريكي، مما دفع بالشركة إلى استئناف الحكم وتم الوصول إلى تسوية حصل عبرها ناكامورا على ستة ملايين دولار، وهو المبلغ الأعلى الذي يتم دفعه لعالم في اليابان. وضمن هذا الإطار، غيّرت هذه القضية القانونية ثقافة الأعمال اليابانية بشكل كلّي.

وفي الختام، يقول ناكامورا: «كل ما أريد القيام به فعلاً هو إجراء الأبحاث.” وهو اليوم يركّز على تقنية الليزر، بالطبع عندما يكون لديه الوقت الكافي لهذا الشيء. ولقد ولّد منحه جائزة نوبل نوعاً من ردّة الفعل حيث اعتبر كثيرون أنه قلّماً يزور المختبر، لكنه يعلّق على الموضوع مازحاً: «لجائزة نوبل منافعها الخاصّة. فلقد أصبح الآن لدي موقفاً خاصاً لسيارتي في حرم الجامعة!”


تعرّفوا إلى العديد من القصص الرائعة عبر الإنترنت:

تنتشر في مختلف أنحاء العالم قصصاً حول أشخاص مثل شوجي ناكامورا يجب إخبارها للناس. إن موقع Map of Greatness هو عبارة عن منصّة رقمية تعرّفكم إلى هكذا شخصيات مميّزة. وهي تطرح أمامكم قصصاً عن علماء ورياضيين وأصحاب رؤى وغيرهم العديد من الأشخاص الفريدين الذين قرّروا مواجهة التحدّيات المختلفة وقهر كل العوائق للبروز ضمن مجالهم والتألّق مقارنة بالبقية.

Your browser it Outdated

To view this content you need to update your browser.
click the link below to upgrade.

Kind regards Audi Middle East

Update now