Innovatie op de vierkante centimeter

Bij laptops gaat het om een aantal kernbegrippen: zo klein, zo licht, zo zuinig en zo krachtig mogelijk. Verschillende eisen zijn met elkaar in tegenspraak of moeilijk te realiseren, zodat de ontwerpers zich tot het uiterste moeten inspannen om tot een goede oplossing te komen. Zo heeft Compaq een patent gekregen op een methode om de behuizing van een notebook minder hoog te maken. Een millimeter om precies te zijn. Het patent heeft betrekking op het weglaten van een wand van het batterijcompartiment, zonder dat de structurele sterkte van het geheel daar onder lijdt. IBM haalt bijna jaarlijks de pers met het bericht, dat de onderneming de meeste patenten heeft verkregen, al hebben lang niet al die octrooien betrekking op draagbare computers. Het aantal patenten van Big Blue loopt in de tienduizenden. Het aantal patenten van Dell is een stuk minder. “In februari van dit jaar hebben we de laatste telling gedaan en die kwam uit op 782 patenten”, zegt Chad Anson, patent-advocaat van Dell. “Meer dan 80 procent van de patenten heeft betrekking op het ontwerp van onze systemen. De rest gaat over onze e-handelswebsite en speciale configuraties die puur op bestelling zijn gemaakt. Dat grote aantal patenten van andere bedrijven zegt niet zo veel hoor, het gaat ons niet om het verzamelen van zoveel mogelijk toewijzingen, maar om het patenteren van zaken die echt belangrijk zijn. Dat we daarin slagen, lijd ik af uit het feit dat Dell op dit moment geen enkel patent van een derde in licentie gebruikt”, zegt Anson. Wachten IBM wacht vaak met het implementeren van een nieuwe techniek. “Je kunt wel direct een nieuwe techniek gaan toepassen, maar dan loop je gauw het risico dat je ontwerp aangepast moet worden”, zegt Jim Alfaro, consultant van de Thinkpad-divisie van IBM. Alfaro is een IBM-veteraan, die in 1970 begon als verkoper van voor die tijd kleine systemen. De pc zou toen nog minstens tien jaar op zich laten wachten. Dat het zo lang duurde voordat IBM met een eigen pc op de markt kwam, kwam doordat het apparaat eigenlijk werd beschouwd als een speeltje voor hobbyisten. Pas toen andere bedrijven succes begonnen te krijgen op dit marktsegment verloor men bij IBM zijn scepsis. Schrale troost: de diverse componenten waren voldoende uitgerijpt om in korte tijd een nieuw apparaat, de IBM-PC, op de markt te kunnen zetten. “Tegenwoordig”, zegt Alfaro, “pakken we dat anders aan. De gedachtegang is nu dat we nieuwe functies eerst in de vorm van een insteekkaart aanbieden. Pas wanneer de producenten een uitgerijpt product hebben gemaakt, dan nemen we het vast op, bijvoorbeeld als onderdeel van het moederbord.” Een voorbeeld van zo’n technologie is de interfaceschakeling voor draadloze netwerken. “Dan hebben we het niet over infrarood-communicatie of Bluetooth, maar over de koppeling met een wireless Lan (WLan). Zo’n communicatie loopt via een hoge frequentie, rond de 2,4 GHz. Zo’n module hebben we lang geleverd in de vorm van een Pcmcia-kaart, met ook nog eens een externe antenne. Het werkte best wel, maar het was verre van ideaal. Bij een draagbaar systeem, dat mensen naar de gekste plaatsen meeslepen, moet je zo min mogelijk uitstekende delen hebben. Die kunnen alleen maar afbreken, je kunt jezelf eraan bezeren en noem maar op”, aldus Alfaro. Hij vervolgt: “Als je kijkt naar de diverse technische oplossingen zie je een heel scala, dat loopt van ‘simpel uit te voeren’ tot ‘optimaal in gebruik’. Bij ‘simpel’ kun je denken aan een antenne, die in de polssteun voor het toetsenbord wordt geplaatst. Wel eenvoudig, maar niet echt effectief, want kettingen, horloges en dergelijke dempen de energie van de antennes enorm.” De beste plaats voor een zend/ontvangantenne is ‘zo hoog mogelijk’. “Bij een laptop komt dat neer op de bovenkant van het systeem, dat wil zeggen helemaal bovenin het scherm. Wij hebben gekozen voor plaatsing van twee antennes aan beide zijden van het LCD-venster. Twee antennes in plaats van één, omdat je nooit weet hoe een gebruiker gaat zitten. Die houding mag nu eenmaal geen invloed hebben op de draadloze communicatie.” Om de antennes in het LCD-scherm te kunnen opnemen moest wel een speciaal scharnier worden bedacht, waarbinnen een coax-verbinding is opgenomen. De antennes worden aangestuurd via een coaxiale kabel en het is een hele kunst om een draaipunt in zo’n kabel te zetten. “Een gewoon kabeltje gaat na een paar duizend knikbewegingen onherroepelijk stuk.” Hewlett-Packard bedacht ooit een uitschuifbare muis voor de Omnibook 300 draagbare computer. Het bedieningselement, dat tijdens transport in een vakje van de laptop was opgeborgen, zat met twee dunne stangetjes vast aan de kast en maakte het mogelijk om onderweg net zo te ‘muizen’ als bij een stationaire pc. Het onderdeel bleek echter erg gevoelig te zijn voor mechanische beschadiging, waardoor het in volgende modellen werd geschrapt. Een nieuw bedenksel van HP is de zogeheten Collapsible Mouse. Dit is een muis die voor gebruik uitgeschoven wordt, waardoor de bedieningsknoppen vrijkomen. Hierop is eind vorig jaar een patent verleend. Koellichaam Het beeldscherm is ook een prima plaats om een koellichaam te kunnen wegbergen. “Op zo’n manier kun je een zeer groot (in elk geval in verhouding met het oppervlak van de processor) koelvlak in een laptop inbouwen. Met een dermate groot straalvlak kun je de overtollige hitte van de processor afvoeren naar de buitenlucht. Probleem blijft natuurlijk wel, hoe je die warmte snel transporteert vanaf processor naar radiator.” Ook in dit geval is er weer een keuze uit een simpele oplossing en een doordachte aanpak. De simpele oplossing voor het warmteprobleem is de inbouw van een forse ventilator. Maar Alfaro noemt de ventilator ‘een van de grootste vijanden van de accu’. Voor het efficiënte transport van warmte wordt gebruikgemaakt van een zogeheten ‘heatpipe’, een koperen buisje dat is gevuld met vloeistof en verder vacuüm is gezogen. “Vloeistoffen in het luchtledige koken heel snel en dat kookproces is in staat warmte heel snel te transporteren naar de andere kant van het buisje.” Een normale heatpipe is recht, bij IBM bestaat er echter ook een gebogen variant, die onderdeel kan zijn van het scharnier van een LCD-scherm. Op dat onderdeel is ook weer patent aangevraagd en gekregen. Hewlett-Packard kreeg in 1998 een patent op een passief koellichaam, dat over alle warm wordende onderdelen van een draagbaar systeem werd geschoven. Speciale aandacht werd gegeven aan het koelen van IC’s van ongelijke dikte. De dunnere chips werden daarbij voorzien van een koperen hoedje dat de warmte geleidde naar de koelplaat. Deze stond op zijn beurt de warmte-energie via het toetsenbord af aan de buitenlucht. De accu’s van een draagbare computer hebben maar een korte levensduur. Iedere mogelijkheid om energie te besparen wordt dan ook met beide handen aangegrepen. “Je moet geen energie verspillen, zo simpel is dat”, zegt Brian Zucker, Technology Evangelist bij Dell Computers. Daarom heeft Dell het zelfdenkende LCD-scherm bedacht, een voorziening die de verlichting van het display automatisch aanpast aan de hoeveelheid licht in de omgeving. Bij een heldere verlichting is het helemaal niet nodig dat de verlichting van het scherm op ‘vol’ staat. “Met minder licht zie je het net zo goed”, aldus Zucker. Ook hoeft een processor niet altijd op de maximumsnelheid te lopen. “Ons patent 5.369.771 voorziet in een manier om de klok van de CPU naar beneden te schroeven op momenten dat de processor niets te doen heeft. Als een notebook alleen maar staat te wachten op invoer, hetzij van de gebruiker hetzij van een randapparaat, dan hoef je alleen maar stroom toe te voeren aan de onderdelen die op het binnenkomen van die invoer moeten reageren. Pas als daar een reactie van komt, hoeft de centrale processor in actie te komen”, aldus een woordvoerder van Dell. Ook bij Toshiba wordt langs deze lijnen gedacht. Wanneer een laptop in een zogeheten docking station wordt geplaatst, hoeft de accu van het apparaat eigenlijk niet belast te worden. De stroomvoorziening van de pc waar het docking station aan vast zit, kan de voeding van het draagbare apparaat voor zijn rekening nemen. Zelfs op heel kleine punten zijn patenten verleend, zoals de Thinkstick, het kleine roodgekleurde palletje tussen de letters G en H op het toetsenbord, waarmee de cursor bestuurd wordt. Alfaro: “Diverse aanbieders hebben al een licentie genomen op dat ‘potloodgummetje om de cursor te besturen’. Het moet dus wel een idee zijn geweest dat de mensen aanspreekt. We geven de onderdelen van onze Thinkpads het liefst een naam die met Think begint, het aloude credo van IBM-oprichter Thomas Watson. Zo is er ook nog het Thinklight, een klein lampje bovenin het display dat het toetsenbord beschijnt zodat je dat zelfs in het pikkedonker kunt bedienen. Maar we hebben ook onzichtbare ideetjes, zoals een gootje rondom de binnenkant van het toetsenbord, dat eventueel gemorste vloeistoffen wegvoert van de elektrische contacten.” HP heeft een gepatenteerde methode om via een paar simpele metingen de chemische activiteit binnenin een batterij te bepalen. Uit die meetgegevens kan de ladingstoestand van de batterij of accu worden berekend. Dit gegeven stelt het systeem in staat voortijdig te waarschuwen dat de energie bijna op is.