Lee De Forest
Lee de Forest foi um inventor americano, engenheiro eletricista e um dos primeiros pioneiros na eletrônica de importância fundamental. Ele inventou o primeiro amplificador eletrônico prático, o triodo "Audion" de três elementos em 1908. Isso ajudou a iniciar a Era Eletrônica e possibilitou o desenvolvimento do oscilador eletrônico. Estes tornaram possível a radiodifusão e as linhas telefônicas de longa distância, e levaram ao desenvolvimento do cinema falado, entre inúmeras outras aplicações.
Lee de Forest nasceu em 1873 em Council Bluffs, Iowa, filho de Anna Margaret (nascida Robbins) e Henry Swift DeForest. Ele era um descendente direto de Jessé de Forest, o líder de um grupo de valões huguenotes que fugiram da Europa no século XVII devido à perseguição religiosa. O pai de De Forest era um ministro da Igreja Congregacional que esperava que seu filho também se tornasse pastor. Em 1879, o pai de Forest tornou-se presidente do Talladega College da American Missionary Association em Talladega, Alabama, uma escola "aberta a todos, de qualquer sexo, sem distinção de seita, raça ou cor", e que educava principalmente afro-americanos. Muitos dos cidadãos brancos locais ressentiam-se da escola e de sua missão, e Lee passou a maior parte de sua juventude em Talladega isolado da comunidade branca, com vários amigos próximos entre as crianças negras da cidade. De Forest preparou-se para a faculdade frequentando a Mount Hermon Boys' School em Gill, Massachusetts, por dois anos, a partir de 1891. Em 1893, ele se matriculou em um curso de três anos na Sheffield Scientific School da Universidade de Yale em New Haven, Connecticut, com uma bolsa de estudos de US$ 300 por ano que havia sido estabelecida para parentes de David de Forest. Convencido de que estava destinado a se tornar um inventor famoso – e rico – e perpetuamente sem dinheiro, ele procurou interessar empresas com uma série de dispositivos e quebra-cabeças que criou, e submeteu ensaios em competições de prêmios, todos com pouco sucesso.
Refletindo seu trabalho pioneiro, de Forest às vezes foi creditado como o "Pai do Rádio", um título honorífico que ele adotou como título de sua autobiografia de 1950. No final do século XIX, ele se convenceu de que um grande futuro na comunicação radiotelegráfica (então conhecida como "telegrafia sem fio") estava por vir, mas o italiano Guglielmo Marconi, que recebeu sua primeira patente em 1896, já estava fazendo progressos impressionantes tanto na Europa quanto nos Estados Unidos. Uma desvantagem da abordagem de Marconi era o uso de um coesor como receptor, que, embora fornecesse registros permanentes, também era lento (após cada ponto ou traço do código Morse recebido, ele precisava ser tocado para restaurar a operação), insensível e não muito confiável. De Forest estava determinado a criar um sistema melhor, incluindo um detector auto-restaurador que pudesse receber transmissões de ouvido, tornando-o assim capaz de receber sinais mais fracos e também permitindo velocidades de envio de código Morse mais rápidas.
Apesar desse revés, de Forest permaneceu na área da cidade de Nova York para aumentar o interesse em suas ideias e capital para substituir as pequenas empresas de trabalho que haviam sido formadas para promover seu trabalho até então. Em janeiro de 1902, ele conheceu um promotor, Abraham White, que se tornaria o principal patrocinador de de Forest nos cinco anos seguintes. White imaginou planos ousados e expansivos que atraíram o inventor; no entanto, ele também era desonesto e grande parte da nova empresa seria construída com base em exageros e fraudes de ações. Para apoiar os esforços de de Forest, White incorporou a American DeForest Wireless Telegraph Company, com ele mesmo como presidente da empresa e de Forest como diretor científico. A empresa alegava como objetivo o desenvolvimento de "comunicação sem fio mundial". O receptor "respondedor" original (também conhecido como "goo anti-coherer") provou ser muito grosseiro para ser comercializado, e de Forest lutou para desenvolver um dispositivo não infrator para receber sinais de rádio. Em 1903, Reginald Fessenden demonstrou um detector eletrolítico, e de Forest desenvolveu uma variação, que chamou de "detector de pá", alegando que não infringia as patentes de Fessenden. Fessenden e os tribunais dos EUA não concordaram, e liminares judiciais impediram a American De Forest de usar o dispositivo.
De Forest moveu-se rapidamente para se restabelecer como um inventor independente, trabalhando em seu próprio laboratório no Parker Building na cidade de Nova York. A Radio Telephone Company foi incorporada para promover suas invenções, com James Dunlop Smith, um ex-vendedor da American DeForest, como presidente, e de Forest como vice-presidente (De Forest preferia o termo rádio, que até então era usado principalmente na Europa, em vez de sem fio).
Desenvolvimento do radiotelefone de arco
Na Exposição Universal de Saint Louis de 1904, Valdemar Poulsen apresentou um artigo sobre um transmissor de arco, que, ao contrário dos pulsos descontínuos produzidos por transmissores de centelhador, criava sinais estáveis de "onda contínua" que podiam ser usados para transmissões de áudio moduladas em amplitude (AM). Embora Poulsen tivesse patenteado sua invenção, de Forest alegou ter criado uma variação que lhe permitia evitar infringir o trabalho de Poulsen. Usando seu transmissor de arco "sem centelhador", de Forest transmitiu áudio pela primeira vez através de uma sala de laboratório em 31 de dezembro de 1906, e em fevereiro estava fazendo transmissões experimentais, incluindo música produzida pelo telharmonium de Thaddeus Cahill, que eram ouvidas em toda a cidade.
Experimentos iniciais de radiodifusão
De Forest também usou o transmissor de arco para conduzir algumas das primeiras transmissões experimentais de rádio de entretenimento. Eugenia Farrar cantou "I Love You Truly" em um teste não divulgado em seu laboratório em 1907, e em 1908, na lua de mel de de Forest em Paris, seleções musicais foram transmitidas da Torre Eiffel como parte de demonstrações do transmissor de arco. No início de 1909, no que pode ter sido o primeiro discurso público pelo rádio, a sogra de de Forest, Harriot Stanton Blatch, fez uma transmissão apoiando o sufrágio feminino. Demonstrações mais ambiciosas se seguiram. Uma série de testes em conjunto com a Metropolitan Opera House na cidade de Nova York foram conduzidos para determinar se a transmissão ao vivo de apresentações de ópera do palco seria prática. Tosca foi apresentada em 12 de janeiro de 1910, e o teste do dia seguinte incluiu o tenor italiano Enrico Caruso. Em 24 de fevereiro, a Sra. Mariette Mazarin da Manhattan Opera Company cantou "La Habanera" de Carmen e seleções da controversa Elektra através de um transmissor localizado no laboratório de de Forest, mas esses testes mostraram que a ideia ainda não era tecnicamente viável, e de Forest não fez transmissões de entretenimento adicionais até o final de 1916, quando equipamentos de tubo de vácuo mais capazes se tornaram disponíveis.
Detector Audion com grade
A invenção mais famosa de de Forest foi o "Audion com grade", que foi o primeiro tubo de vácuo de três elementos (triodo) bem-sucedido e o primeiro dispositivo que podia amplificar sinais elétricos. Ele atribuiu sua inspiração a 1900, quando, ao experimentar com um transmissor de centelhador, pensou brevemente que a cintilação de uma chama de gás próxima poderia estar em resposta a pulsos eletromagnéticos. Com mais testes, ele logo determinou que a causa das flutuações da chama era devida a mudanças na pressão do ar produzidas pelo som alto do centelhador. Ainda assim, ele ficou intrigado com a ideia de que, se configurado corretamente, o uso de uma chama ou algo semelhante para detectar sinais de rádio poderia ser possível.
Em maio de 1910, a Radio Telephone Company e suas subsidiárias foram reorganizadas como a North American Wireless Corporation, mas as dificuldades financeiras fizeram com que as atividades da empresa praticamente parassem. De Forest mudou-se para São Francisco, Califórnia, e no início de 1911 assumiu um cargo de pesquisa na Federal Telegraph Company, que produzia sistemas radiotelegráficos de longo alcance usando arcos de Poulsen de alta potência.
Amplificação de frequência de áudio
Uma das áreas de pesquisa de de Forest na Federal Telegraph era melhorar a recepção de sinais, e ele teve a ideia de fortalecer a saída de frequência de áudio de um Audion com grade alimentando-o em um segundo tubo para amplificação adicional. Ele chamou isso de "amplificador em cascata", que eventualmente consistia em encadear até três Audions. Naquela época, a American Telephone and Telegraph Company estava pesquisando maneiras de amplificar sinais telefônicos para fornecer um serviço de longa distância melhor, e o dispositivo de de Forest foi reconhecido como tendo potencial como repetidor de linha telefônica. Em meados de 1912, um associado, John Stone Stone, entrou em contato com a AT&T para providenciar que de Forest demonstrasse sua invenção. A versão "gasosa" do Audion de de Forest foi considerada incapaz de lidar mesmo com as tensões relativamente baixas usadas pelas linhas telefônicas. (Devido à maneira como ele construía os tubos, os Audions de de Forest paravam de operar com vácuo muito alto.) No entanto, pesquisas cuidadosas do Dr. Harold D. Arnold e sua equipe na subsidiária da AT&T, a Western Electric, determinaram que melhorar o design do tubo permitiria que ele fosse mais completamente evacuado, e o alto vácuo permitia que operasse nas tensões das linhas telefônicas. Com essas mudanças, o Audion evoluiu para um tubo de vácuo moderno de descarga eletrônica, usando fluxos de elétrons em vez de íons. (O Dr. Irving Langmuir da General Electric Corporation fez descobertas semelhantes, e tanto ele quanto Arnold tentaram patentear a construção de "alto vácuo", mas a Suprema Corte dos EUA decidiu em 1931 que essa modificação não poderia ser patenteada).
Os diretores da Radio Telephone Company envolveram-se em alguns dos mesmos excessos de venda de ações que ocorreram na American DeForest e, como parte da repressão do governo dos EUA à fraude de ações, em março de 1912, de Forest e outros quatro diretores da empresa foram presos e acusados de "uso do correio para defraudar". Seus julgamentos ocorreram no final de 1913 e, enquanto três dos réus foram considerados culpados, de Forest foi absolvido. Com os problemas legais para trás, de Forest reorganizou sua empresa como a DeForest Radio Telephone Company e estabeleceu um laboratório na 1391 Sedgewick Avenue, no bairro de Highbridge, no Bronx, na cidade de Nova York. As finanças limitadas da empresa foram impulsionadas pela venda, em outubro de 1914, dos direitos de patente do Audion comercial para sinalização de rádio para a AT&T por US$ 90.000, com de Forest mantendo os direitos para vendas para "uso amador e experimental". Em outubro de 1915, a AT&T realizou transmissões de rádio de teste da estação da Marinha em Arlington, Virgínia, que foram ouvidas tão longe quanto Paris e Havaí.
Controvérsia da regeneração
A partir de 1912, a investigação das capacidades dos tubos de vácuo aumentou, simultaneamente por numerosos inventores em vários países, que identificaram usos adicionais importantes para o dispositivo. Essas descobertas sobrepostas levaram a disputas legais complicadas sobre prioridade, talvez a mais amarga sendo uma nos Estados Unidos entre de Forest e Edwin Howard Armstrong sobre a descoberta da regeneração (também conhecida como "circuito de realimentação" e, por de Forest, como "ultra-audion"). A partir de 1913, Armstrong preparou artigos e fez demonstrações que documentavam de forma abrangente como empregar tubos de vácuo de três elementos em circuitos que amplificavam sinais para níveis mais fortes do que se pensava possível anteriormente, e que também podiam gerar oscilações de alta potência utilizáveis para transmissão de rádio. No final de 1913, Armstrong depositou pedidos de patente para o circuito regenerativo e, em 6 de outubro de 1914, a patente US 1.113.149 foi emitida para sua descoberta.
Ação do transmissor oscilador
As patentes de de Forest foram eventualmente herdadas pela Radio Corporation of America (RCA), que usou agressivamente o sistema legal contra empresas que considerava estarem infringindo suas propriedades. Em 1938, Arthur A. Collins montou uma defesa bem-sucedida contra uma reivindicação da RCA de que os transmissores da Collins Radio infringiam uma patente de de Forest, mostrando que os tubos de vácuo que estava usando eram baseados em uma patente anterior emitida para Robert Goddard.
Atividades renovadas de radiodifusão
No verão de 1915, a empresa recebeu uma licença experimental para a estação 2XG, localizada em seu laboratório em Highbridge. No final de 1916, de Forest renovou as transmissões de entretenimento que havia suspendido em 1910, agora usando as capacidades superiores do equipamento de tubo de vácuo. O programa de estreia da 2XG foi ao ar em 26 de outubro de 1916, como parte de um acordo com a Columbia Graphophone Company para promover suas gravações, que incluía "anunciar o título e 'Columbia Gramophone [sic] Company' a cada reprodução". A partir de 1º de novembro, a "Highbridge Station" ofereceu uma programação noturna com as gravações da Columbia.
Em 1921, de Forest encerrou a maior parte de sua pesquisa em rádio para se concentrar no desenvolvimento de um processo óptico de som em filme chamado Phonofilm. Em 1919, ele depositou a primeira patente para o novo sistema, que melhorava o trabalho anterior do inventor finlandês Eric Tigerstedt e da parceria alemã Tri-Ergon. O Phonofilm gravava as formas de onda elétricas produzidas por um microfone fotograficamente em filme, usando linhas paralelas de tons variáveis de cinza, uma abordagem conhecida como "densidade variável", em contraste com os sistemas de "área variável" usados por processos como o RCA Photophone. Quando o filme era projetado, a informação gravada era convertida de volta em som, em sincronia com a imagem. De outubro de 1921 a setembro de 1922, de Forest viveu em Berlim, Alemanha, encontrando os desenvolvedores do Tri-Ergon (inventores alemães Josef Engl (1893–1942), Hans Vogt (1890–1979) e Joseph Massolle (1889–1957)) e investigando outros sistemas europeus de cinema sonoro. Em abril de 1922, ele anunciou que em breve teria um sistema de som em filme funcional. Em 12 de março de 1923, ele demonstrou o Phonofilm à imprensa; seguido em 12 de abril de 1923 por uma demonstração privada para engenheiros elétricos no auditório do Engineering Society Building, na 33 West 39th Street, na cidade de Nova York.
Em abril de 1923, a De Forest Radio Telephone & Telegraph Company, que fabricava os Audions de de Forest para uso comercial, foi vendida para um grupo liderado por Edward Jewett da Jewett-Paige Motors, que expandiu a fábrica da empresa para lidar com a crescente demanda por rádios. A venda também comprou os serviços de de Forest, que estava concentrando sua atenção em inovações mais recentes. As finanças de de Forest foram severamente prejudicadas pelo crash da bolsa de valores de 1929, e a pesquisa em televisão mecânica mostrou-se não lucrativa. Em 1934, ele estabeleceu uma pequena oficina para produzir máquinas de diatermia e, em uma entrevista de 1942, ainda esperava "fazer pelo menos mais uma grande invenção". De Forest foi um crítico vocal de muitos dos desenvolvimentos no lado do entretenimento da indústria do rádio. Em 1940, ele enviou uma carta aberta à National Association of Broadcasters na qual exigia: "O que vocês fizeram com meu filho, a transmissão de rádio? Vocês degradaram este filho, vestiram-no com trapos de ragtime, farrapos de jive e boogie-woogie." Nesse mesmo ano, de Forest e o engenheiro de televisão Ulises Armand Sanabria apresentaram o conceito de um primitivo veículo aéreo de combate não tripulado usando uma câmera de televisão e um controle de rádio resistente a interferências em uma edição da Popular Mechanics. Em 1950, sua autobiografia, Father of Radio, foi publicada, embora tenha vendido mal.
O Audion com grade, que de Forest chamou de "minha maior invenção", e os tubos de vácuo desenvolvidos a partir dele, dominaram o campo da eletrônica por 40 anos, tornando possível o serviço telefônico de longa distância, a radiodifusão, a televisão e muitas outras aplicações. Ele também podia ser usado como um elemento de comutação eletrônica e foi posteriormente usado na eletrônica digital inicial, incluindo os primeiros computadores eletrônicos, embora a invenção do transistor em 1948 tenha levado a microchips que eventualmente suplantaram a tecnologia de tubo de vácuo. Por esta razão, de Forest foi chamado de um dos fundadores da "era eletrônica". Segundo Donald Beaver, seu intenso desejo de superar as deficiências de sua infância explica sua independência, autossuficiência e inventividade. Ele demonstrou um forte desejo de realizar, conquistar dificuldades e dedicar-se a uma carreira de inventor. "Ele possuía as qualidades do inventor tradicional: fé visionária, autoconfiança, perseverança, capacidade para trabalho árduo sustentado."
