اختراعات مهم تاریخ

دیسک فشرده «CD»

US3350503
دیوید پائول گرگ

ذخیره چندین ساعت فیلم یا چند صد ساعت موسیقی در یک قطعه پلاستیک شفاف به اندازه کف دست و ضخامت ناچیز، واقعاً موضوع شگفت‌انگیزی است. قابلیت‌های دیسک فشرده یا سی‌دی، باعث شد که بعد از ورود به بازار، با سرعتی زیاد، سایر محصولات با کارکرد مشابه را از رده خارج نماید. صفحات گرامافون، نوارهای کاست و فلاپی دیسک‌ها، نمونه‌های محصولاتی هستند که دیسک‌های فشرده عرصه را بر آن‌ها تنگ کرد. با وجود این‌که بیش از دو دهه است که این محصول، محبوب‌ترین حافظه، خصوصاً برای ذخیره موسیقی بوده است و انواع مختلفی از آن توسعه یافته، ولی به نظر می‌رسد که با توجه به توسعه انواع حافظه‌های دیگر، مانند فلش مموری‌های پرسرعت و با ظرفیت بالا، دی‌وی‌دی «DVD» و بلوری «Blu-ray»، در کنار همه‌گیر شدن اینترنت و سرویس‌های آنلاین، همچون یوتیوپ، نتفلیکس و آی‌تونز «iTunes»، در سراشیبی منحنی عمر خود قرار گرفته است و به زودی به ویترین تاریخ خواهد پیوست. این محصول، در ابتدا برای ثبت و بازتولید موسیقی محبوب شد و بعدها، از آن برای ذخیره‌سازی سایر انواع داده‌ها نیز استفاده گردید.

قبل از اختراع و همه‌گیر شدن دیسک فشرده، از نوارهای کاست و صفحات گرامافون، برای ذخیره‌سازی موسیقی استفاده می‌شد. کاست‌ها، بر اساس الگوهای مغناطیس و صفحات گرامافون، براساس ناهمواری‌های روی صفحه پلاستیکی، این مهم را محقق می‌ساختند که هر دو، در رده فناوری‌های آنالوگ قرار می‌گرفتند. ولی در دیسک‌های فشرده، این فرایند به صورت دیجیتالی انجام می‌شود و موسیقی به رشته‌های بلندی از کدهای باینری تبدیل شده و سپس ذخیره می‌شود. در دیسک‌های امروزی، این کدها، با استفاده از لیزر و ایجاد حفره‌هایی بر روی سطح پایه دیسک، ایجاد می‌گردد، به گونه‌ای که حفره‌ها، به عنوان صفر و نبود این حفره‌ها، به عنوان عدد یک تلقی می‌شود. ولی با توجه به این‌که این حفره‌ها بسیار متراکم بوده و با تعدادی میلیاردی، طبق الگوی مارپیچی بر سطح دیسک ایجاد می‌شوند، قابل رؤیت توسط چشم نیستند. در واقع، اگر این مارپیچ گسترده شود، طولی بیش از شش کیلومتر خواهد داشت.

در حالی که توسعه و عرضه تجاری این فناوری، مربوط به شرکت‌های سونی و فیلیپس است، اتفاق نظر روی اولین مخترع آن وجود ندارد. چراکه فناوری‌های متعددی در رابطه با آن توسعه داده شده، تا به شکل امروزی که ما از آن استفاده می‌کنیم، درآید. با این حال، ایده و پتنت‌های اولیه در رابطه با آن، متعلق به دو فیزیکدان است که هر کدام، به گونه‌ای باعث پیدایش این فناوری شدند.

اولین پتنت دیسک نوری آنالوگ، متعلق به فیزیکدانی به‌نام دیوید پائول گرگ «David Paul Gregg» است. ایده ساخت دیسک نوری، زمانی که وی در آزمایشگاه وسترن الکتریک، مشغول کار بر روی اشعه‌‌های الکترونی بود، به ذهنش خطور یافت. وی در ۲۱ مارس سال ۱۹۶۲ میلادی، حاصل تحقیقات خود را طی پتنتی با عنوان سیستمی برای ذخیره‌سازی و بازگردانی اطلاعات به ثبت رسانید که در ۳۱ اکتبر سال ۱۹۶۸، توسط اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا، با شماره «US3350503»، موفق به اخذ گواهی ثبت اختراع گردید. در این اختراع، وی روش جدیدی مبتنی بر پرتوهای الکترونی را برای ذخیره‌سازی سریع و با تراکم بالای اطلاعات معرفی نمود که به نوعی، ایده پایه سی‌دی‌های امروزی محسوب می‌شود. وی به تحقیقات خود در این زمینه ادامه داد و در سال ۱۹۶۷ میلادی، اولین دیسک نوری شفاف تاریخ را برای این منظور ساخت و گواهی ثبت اختراعی به شماره «US3430966»، برای آن دریافت نمود. از نکات درخور توجه، این است که بسیاری از مشخصه‌های این دیسک، تا به امروز تغییری نکرده است؛ از جمله این‌که این دیسک، از جنس پلاستیک شفاف بوده و داده‌ها در آن، در مسیری مارپیچ از مرکز به بیرون ثبت می‌شدند. گریگ، سال‌ها بعد، به شرکت چندملیتی «3M» پیوست و با مهندسین باتجربه تلویزیون، واین جانسون «Wayne Johnson» و «Dean De Moss»، در توسعه بیشتر این فناوری همکاری نمود. این سه موفق شدند، سیستمی برای ذخیره‌سازی بر روی دیسک، روشی برای کپی کردن دیسک و روشی برای بازتولید سیگنال‌های تلویزیونی از روی دیسک‌های تصویری، توسعه دهند و به ترتیب، پتنت‌هایی به شماره «USRE30974E» و «US3361873A» و «US3381085A» را برای آن‌ها دریافت نمودند.

گریک، همواره در حین فرایند توسعه دیسک نوری، خود را در جایگاه مشتری قرار می‌داد و تأکید داشت که به منظور ارزان کردن آن، باید مواد‌ فرایند ساخت آن، کم هزینه باشد. برخی از اختراعات، به واسطه انگیزه‌های شخصی مخترع حاصل می‌شود. ثبت دیجیتالی بر روی دیسک فشرده را نیز می‌توان تا حدودی جزء این اختراعات به شمار آورد.

در فاصله بین ثبت تا انتشار اولین پتنت گریک، اختراع دیگری برای سیستم ضبط و پخش موسیقی به صورت دیجیتالی، توسط فیزیکدان دیگری به نام جیمز راسل «James Russell» ثبت شد. راسل، دیوانه‌وار به موسیقی کلاسیک، به‌ویژه سمفونی‌های بتهوون، علاقه‌مند بود. پخش پیاپی صفحات توسط وی و تماس سوزن با آن، باعث خراشیدگی صفحه و افت کیفیت صدای آن می‌شد و این موضوع، راسل را آزرده می‌کرد. راه‌حلی که برای پخش موسیقی بدون تماس فیزیکی با سطح دیسک به ذهن وی خطور کرد، استفاده از نور بود. به واسطه آشنایی با داده‌های دیجیتال، جهت پیگیری ایده خود، پروژه‌ای برای ثبت و بازگردانی داده‌های دیجیتالی با استفاده از نور آغاز نمود. برای این منظور، در یکی از آزمایشگاه‌های مؤسسه «Battelle Memorial»، مشغول به تحقیق شد. البته ایده تبدیل صدا به اعداد و ذخیره و بازگردانی آن با استفاده از نور، به قدری بزرگ بود که راسل در ابتدا با مخالفت این مؤسسه روبه‌رو شد. تلاش‌های وی، به نتیجه انجامید و در سال ۱۹۶۶ میلادی، موفق به ساخت اولین سیستم دیجیتالی نوری ضبط و پخش شد و گواهی ثبت اختراعی به شماره «US3501586»، برای آن دریافت نمود. در این سیستم، ورودی‌های آنالوگ، به سیگنال‌های دیجیتالی که منبع نوری را تحریک می‌کنند، تبدیل می‌شود. به واسطه تابش نور بر روی فیلم فتوگرافیک حساس به نور، داده‌های دیجیتالی ثبت می‌شود و به همین روش نیز، می‌توان آن‌ها را بازیابی نمود. وی همانند گریک، به توسعه این اختراع پرداخت و پتنت‌های متعددی برای آن ثبت کرد.

راسل، به اصلاحات و ارتقاء سیستم پخش پرداخت. ولی همانند بسیاری از ایده‌هایی که جلوتر از زمان خود بودند، در ابتدای امر نتوانست سرمایه‌گذاری برای این محصول پیدا کند. تا این‌که چند سال بعد، جذب شرکت «Digital Recording Corporation» شد و این شرکت، در سال ۱۹۷۴ میلادی، توانست اولین ماشین ثبت و پخش دیجیتالی نوری را عرصه نماید. از نکات جالب در هنگام توسعه این دستگاه، ملاقات مکرر نمایندگان شرکت فیلیپس با راسل، برای دلسرد کردن او بود. این شرکت، به‌تازگی دستگاه ویدیو آنالوگ نوری خود را به بازار عرضه نموده بود و این نمایندگان، سعی داشتند تا کل نظریه وی را زیر سؤال ببرند. فلیپس، در خاطرات خود می‌گوید که آن‌ها به وی می‌گفتند که این دستگاه، برای ذخیره سایر انواع داده‌های دیجیتال مناسب است، ولی ذخیره صدا و تصویر با استفاده از آن، کاری غیرممکن است.

در نهایت، شرکت فیلپس و سونی، بعد از خرید امتیاز این فناوری از مؤسسه «Battelle Memorial» و «Digital Recording»، شروع به توسعه آن کردند. پیرو خرید لیسانس این فناوری، در سال ۱۹۷۸، اولین استاندارد سی‌دی‌ها که شامل قطر، وزن، فرکانس چرخش و...بود، توسط این دو شرکت ارائه گردید. برای استفاده از این استانداردها توسط دیگر شرکت‌ها، باید لیسانس آن خریداری می‌شد. قبل از طراحی این استاندارها، سی‌دی‌های شرکت سونی، با قطر ۱۰۰ میلی‌متر و فیلیپس، با قطر ۱۱۵ میلی‌متر عرضه می‌شد. از نکات جالب در تدوین استاندارها، این موضع است که به پیشنهاد معاون شرکت سونی، قطر استاندارد سی‌دی‌ها برای این که گنجایش سمفونی نهم بتهوون با مدت زمان ۷۴ دقیقه را داشته باشد، به ۱۲۰ میلی‌متر افزایش یافت.

سونی، اولین دستگاه پخش سی دی را در سال ۱۹۸۲، با بازار عرضه نمود و به دنبال آن، شرکت فیلیپس، دستگاه خود را روانه بازار کرد و از فروش هر دستگاه، حقوقی را به مؤسسه «Battelle Memorial» که راسل تحقیقات خود را در آنجا انجام داده بود، پرداخت می‌کردند.

در سال ۱۹۸۵ میلادی، اولین «CD-ROM» و در سال ۱۹۹۰، اولین «CD-R» برای کامپیوتر، به طور مشترک توسط شرکت سونی و فیلیپس معرفی شد. برای اولین بار، در سال ۱۹۸۷ میلادی، مایکروسافت اقدام به عرضه نرم‌افزار خود با نام  «Microsoft Bookshelf» بر روی سی‌دی نمود که در گسترش استفاده از این محصول، بسیار تأثیرگذار بود.