La Nanotecnologia è già tra noi.

di Pietro Papisca

 

Non bisogna attendere il 2012 perché la  nanotecnologia faccia parte del  nostro mondo. E’  grazie a lei se abbiamo super microprocessori velocissimi e hard disk sempre più capienti. La microelettronica lavora su scale che si aggirano dai 500 ai 45 nanometri e sviluppa ricerche per ottenere  materiali più duttili e capaci di soddisfare esigenze industriali con prestazioni sempre più elevate.

 

 

E’ del luglio 2008 la notizia che il silicio tra qualche anno potrebbe essere sostituito da nanotubi  di carbonio e, più precisamente, da un composto a base di cellulosa. Il transistor in questione è già stato realizzato dall’università di Lisbona. Il cilindro di silicio puro che si taglia in una sottile lamina (wafer)  verrà sostituito da un pezzo di “carta”, si fa per dire, che oltre a fare da supporto è anche elemento isolante. 

 

I ricercatori della Imperial College di Londra, dell’ Università di Durham e dell’Università di Sheffield, il 9 settembre del 2005, hanno pubblicato uno studio nel quale presentavano il design del loro nuovo chip capace d’immagazzinare grandi quantità di dati in piccoli volumi. Per riuscirci hanno utilizzato un complesso network di nanocavi interconnessi i cui nodi svolgono le funzioni di calcolo e di scelta sfruttando un sistema simile a quello dei neuroni e degli assoni nel cervello.

Questo è solo uno dei tanti passi che si stanno facendo per realizzare un computer biologico. La nanotecnologia, come la biologia, manipola atomi e molecole con la differenza che la nanotecnologia lo può fare in assenza di acqua.

 

Immaginate un computer che sostituisce i circuiti con le molecole organiche delle reti nervose animali e sfrutta le capacità di manipolazione della nanotecnologia. Un ibrido nel quale materia organica e inorganica attuano una potente sinergia.  Un concetto così fantascientifico che sembra impossibile sia già oggetto di sviluppo eppure…

E’ del 22 febbraio 2000 il computer biologico che ha affrontato con successo un problema scacchistico. Il microprocessore, messo a punto da un gruppo di ricercatori dell’ università di Princeton, non è in silicio e circuiti integrati, ma è un provetta contenente 1024 filamenti di RNA. La biologa evolutiva Laura Landweber ha spiegato sul Proceedings of the National Academy of Sciences che le molecole del DNA e RNA contengono più dati dei processori  convenzionali e sono in grado di effettuare calcoli ad una velocità maggiore.

 

2003, la rivista Nature  e la Proceedings of the National Academy of Sciences  rende noto che l’equipe di scienziati dell'istituto scientifico Weizmann (Israele)  guidati dal professor Ehud Shapiro e Yaakov Benenson ha ideato un dispositivo che impiega le molecole biologiche per l'elaborazione dei dati. Il sistema effettua calcoli adoperando il DNA come software e diversi enzimi come hardware. Sfrutta le capacità delle quattro basi del DNA (A,G,C,T) di codificare informazioni, rispetto al modello matematico, elaborato da John Von Neuman negli anni ’40, che impiega programmi e dati immagazzinati in memoria sotto forma di parole numeriche elettroniche binarie. La cosa più sensazionale è che mille miliardi di queste congegni molecolari, la cui accuratezza è superiore al 99,8 per cento, possono essere collocate in uno spazio grande come una goccia d'acqua.

 

Dallo studio su applicazioni informatiche si è passati alla robotica. E’ del 2002 la realizzazione Hybrot, un robot grande più o meno come una tazzina di caffè. Il suo creatore è Steve Potter, professore della Georgia Institute of Technology. Il cervello di Hybrot è un chip sul quale sono state innestate le cellule neuronali di un topo (!). I segnali che le cellule si trasmettono fra loro vengono rilevati dagli elettrodi e inviati all'amplificatore, che li trasmette ad un computer: questo, una volta elaborati i dati, li rimanda al robot attraverso una connessione wireless. Il robot riesce a muoversi dentro intricati labirinti e trovare l’uscita. Esperimenti simili, ma meno complessi,  sono stati condotti usando neuroni del pesce lampreda e cellule nervose di lumaca.

Sempre grazie ad un topo si deve la realizzazione di un altro robot, questa vola microscopico, meno di un millimetro realizzato da  Jianzhong Xi, Jacob Schmidt e Carlo Montemagno, ricercatori del Dipartimento di Bioingegneria dell’ UCLA,  California.  Sul giornale Nature Materials del 16 gennaio 2005 hanno illustrato la creazione del micro robot che possiede dei "muscoli" formati da cellule prese dal cuore di un topo e cresciute sopra un nano chip. Grazie alla contrazione delle cellule, il robot è in grado di muoversi senza alcuna fonte di energia esterna.

Alla luce di questi fatti la realizzazione di computer o robot ibridi in grado di riparare e rigenerare autonomamente le proprie parti organiche non appare così fantastica e forse è anche più vicina di quanto immaginiamo.

Per quanto intriganti ed inquietanti siano le future applicazioni della nanotecnologia oggi come oggi si cerca di utilizzarla su prodotti industriali che possono avere da subito un grosso impatto nelle nostre vite. Consideriamo ad esempio le cellule fotovoltaiche:

Nel 2002 l’università di Berkeley, California,  annuncia di aver messo a punto la prima generazione di celle solari fotovoltaiche plastiche, estremamente flessibili, facili da produrre e talmente duttili da essere  spalmate come una pasta o vernice su qualsiasi dispositivo. Purtroppo la  sua efficienza è molto inferiore alle celle solari in silicio.

L’anno successivo la Sheral Solar, società canadese, realizza delle celle solari su supporto flessibile costituite da migliaia di economiche perline di silicio, derivate dallo scarto dell’industria dei microprocessori.

Ogni perlina funziona come una minuscola cella, assorbendo la luce del sole e convertendola in elettricità.

Un altro passo in avanti viene fatto nel 2005. L’Università di Toronto mette a punto una pellicola plastica formata da  quantum dot (nano cristalli semiconduttori) in grado di catturare anche le radiazioni infrarosse provenienti dal sole. Il dispositivo si può spruzzare come una vernice su qualsiasi materiale e generare energia elettrica anche quando il cielo è coperto.  Un vestito ricoperto di questo materiale potrebbe alimentare un telefono cellulare o altri apparecchi wireless.

2008: Fabio Cappelli, Antonio Maroscia e Stefano Segato dell’Istituto per lo studio dei materiali nano-strutturati del CNR di Bologna realizzano e brevettano un nuovo prodotto spalmabile come una vernice in grado di trasformare la luce del sole in energia.  Il composto è privo di silicio e quindi molto economico rispetto ai normali pannelli solari.

Vengono stesi 4 tipi diverse di “vernice” che  raggiungono dimensioni da  400 nanomicron a 1 micron. 50 metri quadri di parete trattati con questo composto rendono 3 kW di energia. Presto verrà commercializzato dalla società austriaca BleinerAG con il nome di  Photon Inside. Il prodotto è economico, non ha impatti ambientali o architettonici, si applica ovunque, resiste agli agenti atmosferici ed è impossibile da rubare.

 

Come abbiamo visto la realizzazione di un prodotto commercializzabile che sfrutta la nanotecnologia è stato sviluppato in sei anni circa , tra il  2002 ed il 2008.

Altri studi su campi diversi, primo tra tutti quello della medicina, stanno procedendo altrettanto velocemente e, più le ricerche si moltiplicano, più si scoprono nuove nano strutture dalle grandi potenzialità. Come ad esempio lo studio dell’Università di Rice (Huston) che ha recentemente scoperto la capacità da parte di nanoparticelle di metallo e carbonio d’intrappolare goccioline di petrolio nell’acqua. Queste formano minuscole sacche sferiche che rilasciano il loro carico se sottoposte a luce ultravioletta e campi magnetici. Una scoperta che potrebbe essere utilizzata per bonificare zone inquinate dal petrolio recuperandolo.

 

Come abbiamo visto la nanotecnologia offre grandi benefici, ma dev’ essere assolutamente regolamentata per evitare che si trasformi in un mostro che letteralmente ci divora senza lasciarci scampo. Come potrebbe farlo?

La rivoluzione Nanotecnologica post 2012

 

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