Slimme uitvindingen en verhalen die nieuwsgierig maken. Hoe werkt het, waar is het begonnen en hoe heeft het zich ontwikkeld? Van een elektrische bel die al bijna twee eeuwen rinkelt op een batterij die maar niet leeg raakt, tot de revolutie in batterijtechnologie en energieopslag, microchips met miljarden transistoren en de machines van ASML die dit alles op bijna onvoorstelbaar kleine schaal mogelijk maken.
Op deze pagina vindt u bijzondere bijzondere technieken en ontdekkingen van toen en nu. Van historische uitvindingen tot moderne energieopslag en slimme technologie.
- Verhaal één: Hoe kan een elektrische bel bijna 200 jaar blijven rinkelen? The Oxford Electric Bell — over een batterij die al sinds circa 1840 onafgebroken werkt, zonder ooit opnieuw opgeladen te zijn. Tot op de dag van vandaag tikt dit bijzondere technische experiment nog steeds rustig door. ⚡
Een batterij die vermoedelijk al sinds ongeveer 1840 onafgebroken werkt.
Terwijl wij tegenwoordig discussiëren over Lithium iron phosphate battery, EMS-software, degradatie en firmware-updates, staat er in een laboratorium van de University of Oxford een klein glazen apparaatje dat al bijna twee eeuwen zachtjes blijft tikken.
Tik… tik… tik…
Nog steeds.
De Oxford Electric Bell
De officiële naam is de
Oxford Electric Bell
en hij staat in het Clarendon Laboratory van Oxford.
Het apparaat werd gebouwd rond:
- 1840,
- mogelijk zelfs iets eerder,
- door instrumentmakers gebaseerd op het werk van de Italiaanse natuurkundige Giuseppe Zamboni.
De Zamboni-palen
De beroemde “batterijen” in het apparaat zijn zogeheten:
Zamboni piles
of in het Nederlands:
Zamboni-palen.
Deze werden rond 1812 ontwikkeld door:
Giuseppe Zamboni.
Zijn idee was revolutionair simpel:
- duizenden ultradunne schijfjes,
- van verschillende metalen,
- gescheiden door papier,
- opgestapeld tot een enorme droge batterij.
Eigenlijk:
een gigantische stapel mini-batterijtjes.
Waaruit bestaan ze vermoedelijk?
Niemand weet het exact, omdat Oxford het apparaat nooit volledig uit elkaar haalt. Maar men denkt dat de Zamboni-palen bestaan uit:
- zinkfolie,
- mangaanoxide,
- zilver- of tinfolie,
- papier,
- soms bladgoud,
- droge elektrolytische lagen,
- hars of schellak als isolatie.
Elke laag levert maar een minuscuul spanningsverschil.
Maar:
- duizenden lagen samen,
- leveren een zeer hoge spanning.
Waarschijnlijk:
- enkele duizenden volts,
- maar met een extreem lage stroomsterkte.
Dus:
gevaarlijk hoog in spanning,
maar praktisch geen vermogen.
Afmetingen van het apparaat
Het apparaat zelf is verrassend klein.
Globaal:
- ongeveer 20 cm hoog,
- ongeveer 15 cm breed,
- geplaatst onder een glazen stolp of glazen behuizing.
Binnenin zitten:
- twee droge Zamboni-palen,
- met daartussen een klein metalen bolletje of klepeltje.
Dat bolletje beweegt continu heen en weer.
Hoe werkt het?
De twee Zamboni-palen hebben een verschillende elektrische lading.
Het kleine metalen klepeltje:
- wordt aangetrokken door de ene zijde,
- raakt die aan,
- neemt lading over,
- wordt afgestoten,
- vliegt naar de andere kant,
- en herhaalt dit eindeloos.
Daardoor hoor je:
tik… tik… tik…
2 Hertz — iedere halve seconde
De bel tikt ongeveer:
- 2 keer per seconde.
Dat noemen we:
f = 2\ \mathrm{Hz}
Dus:
- frequentie = 2 Hertz,
- oftewel één complete heen-en-weer beweging per halve seconde.
Dat betekent:
- ongeveer 120 tikken per minuut,
- ruim 170.000 tikken per dag,
- tientallen miljoenen tikken per jaar,
- en inmiddels vermoedelijk meer dan 10 miljard tikken totaal.
Het meest bizarre detail
De batterij is waarschijnlijk nog niet eens het eerste onderdeel dat zal falen.
Het zwakke punt is vermoedelijk:
- het metalen klepeltje zelf.
Dat slijt namelijk heel langzaam door:
- mechanische impact,
- miljarden aanrakingen,
- microscopische metaalafname.
Dus ironisch genoeg:
de mechanica slijt eerder dan de energiebron.
Waarom dit zo fascinerend is
In een tijd waarin:
- telefoons na 3 jaar versleten zijn,
- lithium batterijen degraderen,
- software veroudert,
- en systemen afhankelijk zijn van updates,
staat daar een apparaat uit de tijd van:
- stoommachines,
- zeilschepen,
- en gasverlichting,
nog steeds te werken.
Geruisloos.
Bijna koppig.
En misschien is dát wel de echte les
Niet méér energie gebruiken dan nodig is.
Want de Oxford Bell gebruikt zó weinig vermogen, dat de batterij nauwelijks belast wordt. Het systeem werkt bijna puur elektrostatisch.
Eigenlijk is het:
een meesterwerk in minimale verliezen.
En dat is misschien actueler dan ooit — zelfs in het tijdperk van AI, EMS-systemen en LiFePO₄-opslag.
Voor meer informatie en foto’s, zie de Wikipedia-pagina over de Oxford Electric Bell: https://en.wikipedia.org/wiki/Oxford_Electric_Bell
.
2. Verhaal twee: Hoe gingen we van één transistor naar miljarden op een chip?
Van elektronenbuis tot microchip – hoe klein kan techniek worden?
Van de eerste radiozender tot transistoren, satellieten, smartphones, robots en de geavanceerde chipmachines van ASML.
In ruim een eeuw heeft elektronica een enorme ontwikkeling doorgemaakt. Apparaten die ooit een halve kamer vulden, passen nu in een broekzak. Functies waarvoor grote glazen buizen en veel bedrading nodig waren, worden tegenwoordig uitgevoerd op een minuscuul stukje silicium.
Hoe zijn we daar gekomen?
Van radiosignaal naar buizenradio
Aan het einde van de negentiende eeuw werd ontdekt hoe elektromagnetische golven konden worden gebruikt voor communicatie. Rond 1895–1896 demonstreerde Guglielmo Marconi draadloze telegrafie: een zender bracht een signaal via een antenne de lucht in en een ontvanger ving het elders weer op.
In 1901 werd een radiosignaal over de Atlantische Oceaan ontvangen. Nog geen muziek of gesproken woord, maar eenvoudige signalen zoals morse.
[FOTO – Marconi-zender en ontvanger]
Met de elektronenbuis konden signalen worden versterkt. Vanaf de jaren twintig verschenen radio-uitzendingen en werd de houten buizenradio een vertrouwd apparaat in de huiskamer.
Buizen waren echter groot, werden heet en gebruikten relatief veel energie. Ze werden ook toegepast in radar, telefonie en de eerste computers.
Een bijzonder onderdeel uit die periode is de NE-77, een neon-triggerbuis uit de jaren vijftig waarmee elektrisch geschakeld kon worden door gas te ioniseren.
[FOTO – buizenradio / NE-77]
1947 – de transistor verandert alles
Bij Bell Laboratories werd in 1947 de transistor ontwikkeld. Een klein halfgeleidercomponent dat onder andere kan versterken en razendsnel elektrisch kan schakelen.
In 1954 verscheen de Regency TR-1, de eerste commercieel geproduceerde transistorradio. Er zaten slechts vier transistoren in.
[FOTO – eerste transistor + Regency TR-1]
De radio veranderde van een groot huiskamermeubel in een draagbaar apparaat.
Elektronica werd mobiel.
1958 – het IC
De volgende stap was meerdere componenten samenbrengen op één stukje halfgeleidermateriaal.
Jack Kilby demonstreerde in 1958 een werkende geïntegreerde schakeling. Robert Noyce ontwikkelde kort daarna een praktische methode om zulke schakelingen op silicium te produceren.
Het Integrated Circuit – IC – was geboren.
[FOTO – eerste IC / geopend IC]
Een transistor is een elektronisch basiselement. Een IC bevat meerdere elektronische componenten. Het eigenlijke stukje silicium heet de die en het verpakte geheel noemen we in het dagelijks gebruik meestal een chip.
De ruimtevaart versnelde deze ontwikkeling. Satellieten hadden lichte, energiezuinige en vooral betrouwbare elektronica nodig. Diezelfde satelliettechnologie vormt tegenwoordig de basis voor onder andere communicatie, weersinformatie, aardobservatie en GPS.
[FOTO – vroege satelliet]
1971 – een processor op één chip
In 1971 verscheen de Intel 4004 met ongeveer 2.300 transistoren op één chip.
Ter vergelijking: de draagbare radio uit 1954 had er vier.
Daarna groeide het aantal van duizenden naar miljoenen en uiteindelijk miljarden, terwijl de structuren steeds kleiner werden.
[FOTO – Intel 4004 → moderne chip]
Ook geheugen volgde deze ontwikkeling. Daardoor passen tegenwoordig enorme hoeveelheden informatie op een SSD of minuscuul microSD-kaartje.
Een belangrijk verschil: GB en TB zeggen iets over capaciteit; MHz en GHz over frequentie. Meer opslag betekent dus niet automatisch meer snelheid.
Van mobiele telefoon naar smartphone
Miniaturisering veranderde ook de telefonie. Grote autotelefoons maakten plaats voor draagbare mobiele telefoons en uiteindelijk de smartphone.
[FOTO – autotelefoon → mobiele telefoon → smartphone]
Een smartphone is eigenlijk een krachtige computer met processors, geheugen, camera’s, sensoren en verschillende radiosystemen. Hij communiceert met mobiele netwerken, wifi en satellieten en combineert functies waarvoor vroeger vele afzonderlijke apparaten nodig waren.
ASML – hoe maak je het zó klein?
Moderne chips worden laag voor laag gemaakt op ronde platen van zeer zuiver silicium: wafers. Met fotolithografie worden daarop uiterst kleine patronen aangebracht.
Hoe kleiner die structuren werden, hoe moeilijker het productieproces werd.
Hier krijgt Nederland een bijzondere rol.
ASML werd in 1984 opgericht vanuit Philips en ASM International en groeide uit tot een van de belangrijkste producenten van lithografiemachines voor de chipindustrie.
[FOTO – wafer + ASML-machine]
Moderne EUV-lithografie werkt met extreem ultraviolet licht met een golflengte van slechts 13,5 nanometer.
Om dit licht te maken worden minuscule druppeltjes gesmolten tin met krachtige laserpulsen geraakt. Daarbij ontstaat plasma dat EUV-straling produceert.
[FOTO/SCHEMA – laser → tindruppel → EUV]
Gewone lenzen werken hierbij niet. Daarom gebruikt het systeem uiterst nauwkeurige spiegels en werkt het grotendeels in vacuüm.
Optica, lasers, plasmafysica, mechatronica, elektronica en software komen hier samen om moderne chips mogelijk te maken.
Van chip naar robot
Robotica brengt veel van deze ontwikkelingen opnieuw bij elkaar.
Een moderne robot combineert mechanica en elektromotoren met chips, camera’s, sensoren, communicatie en software. Met kunstmatige intelligentie kunnen steeds meer systemen hun omgeving waarnemen, informatie verwerken en daarop reageren.
[FOTO – industriële robot → moderne robot]
Van de eerste radiosignalen tot satellieten, smartphones en robotica loopt daardoor één technische rode draad:
steeds kleiner, sneller, krachtiger en slimmer.
En de ontwikkeling gaat verder. Transistoren worden driedimensionaal opgebouwd, chips worden gecombineerd en met nieuwe technieken zoals High-NA EUV worden opnieuw grenzen verlegd.
Technische vooruitgang ontstaat door te blijven onderzoeken:
Hoe werkt het? Waarom werkt het? Hoe ver kunnen we ermee gaan? En waar liggen de technische én veilige grenzen?
Want vaak begint de volgende grote ontwikkeling met een eenvoudige vraag: