(HRL Laboratories LLC - Dan Little)

Immaginate un materiale fatto di aria al 99,9% di aria, cento volte più leggero del polistirolo. Roba che se lo appoggiate su un soffione lo vedreste rimanere (miracolosamente) in equilibrio sospeso. Continua

(Credits: Sony-Ericcson)

Più parli e più ti ricarichi. Sembra lo spot di una compagnia telefonica e invece è l’estratto di una ricerca condotta da un team di scienziati dell’Università Sungkyunkwan di Seoul dall’obiettivo piuttosto ambizioso: utilizzare la voce umana come fonte energetica per ricaricare le batterie dei cellulari. Continua

Batteria dell’iPhone in carica

Zhong Lin Wang, un professore del Georgia Instituite of Technology, ha sviluppato un sistema di nanogeneratori che presto potrebbero essere in grado di alimentare piccoli apparecchi elettronici, come un iPhone o un Blackberry, attraverso i movimenti di chi li indossa.

Il nanogeneratore è infatti composto da una serie di filamenti di ossido di zinco di dimensioni “nanoscopiche”, spesse solo pochi atomi. Flettendosi, questi nanofilamenti sfruttano l’energia statica per creare piezoelettricità, o energia parassitaria, che viene poi trasferita a un elettrodo che produce corrente diretta. Ogni singolo nanofilamento è in grado di produrre 0.07 volt e l’intero nanogeneratore ha raggiunto un output massimo di 0,2 volt: i lettori mp3 caricati attraverso un’entrata USB richiedono solitamente 5 volt. La prossima sfida per il team guidato da Wang, naturalmente, sarà di massimizzare l’output.

Zhong Lin Wang con il nanogeneratore

Le potenziali applicazioni di questo sistema sono molto più vaste di un semplice iPhone, basti pensare a quanto sono ingombranti le batterie necessarie per macchinari biomedici: l’ossido di zinco non è tossico per il corpo umano e potrebbe essere utilizzato, ad esempio, per misurare pressione e flusso sanguigno. Le implicazioni dei nanogeneratori piezoelettrici, però, sono ancora più importanti in quanto uniscono due delle tecnologie più all’avanguardia e importanti per il futuro del Pianeta: la piezoeletricità, cioè la capacità di riciclare l’energia che produciamo con i movimenti di persone e (soprattutto) macchinari, potrebbe un giorno permetterci di ridurre la minimo la necessità di produrre energia dai carburanti fossili o da altre fonti dannose per l’ambiente. Grazie ai nanomateriali, invece, potremmo essere in grado di produrre oggetti e macchinari enormemente più efficienti.

A questo proposito, uno studio pubblicato su Nature descrive un metodo nuovo e molto più efficiente per creare fogli di grafene (fogli di carbonio spessi solo un atomo) “aprendo” i nanotubi di carbonio. Il grafene può essere utilizzato per trasmettere dati molti più velocemente degli attuali chip in silicio, garantendo una potenza di calcolo e un’efficienza esponenzialmente più elevate. Combinando la maggiore efficienza di questi nuovi chip con la capacità produrre energia dai movimenti di nano-generatori il caricamento dell’iPhone, per lo meno, sarà garantito.

Nel 2001, dopo lo scoppio della bolla speculativa di Internet, i più ottimisti avevano già ipotizzato una ripresa trainata da una nuova tecnologia innovativa e rivoluzionaria come l’IT: la nanotecnologia, cioè la capacità di osservare, misurare e manipolare la materia su scale atomiche, molecolari e macromolecolari.

L’idea di manipolare e produrre materiali di dimensioni tra 1 e 100 nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro, equivalente a circa dieci atomi di idrogeno) sembrava fantascienza al pari dei viaggi interstellari ma, facevano notare gli scienziati, era già qualcosa di attuabile, tanto che negli USA il Congresso ha creato proprio nel 2001 la NNI(National Nanotechnology Initiative) per ottimizzare e supportare un investimento di oltre 10 miliardi di dollari da destinare alla ricerca e allo sviluppo delle nanotecnologie.

Pur senza la spinta di capitali azionari, il giro d’affari dei prodotti che già integrano materiali nanotecnologici ha comunque raggiunto i 146 miliardi di dollari a livello globale e le stime della società Lux Research prevedono una crescita esponenziale, fino a raggiungere i 3,1 triliardi (3.100 miliardi di dollari) per il 2015 (solo qualche mese fa la previsione era di raggiungere un triliardo)

Oggi con le nanotecnologie si producono indumenti, cosmetici, materiali protettivi per vernici, rivestimenti per varie superfici, e persino chip di memoria e hard disk in grado di registrare enormi quantità di dati ad altissime densità. Nei prossimi anni sono attesi prodotti medici come farmaci e protesi ma le potenziali applicazioni sono virtualmente infinite e addirittura potrebbero rivelarsi in grado di assicurare una migliorata ecocompatibilità dei materiali che utilizziamo. Potrebbe quindi essere questo uno dei campi che trainerà quell’innovazione necessaria a creare il miracolo economico invocato dal presidente americano Obama e altri capi di stato per rilanciare le economie globali.

Al contrario di altre tecnologie più sperimentali, infatti, anche in Italia la ricerca e le attività industriali legate alla nanotecnologia sono in fermento. Questo può essere un segnale importante anche perché, si sa, il nostro Paese è generalmente restio a rischiare investendo su tecnologie che non offrano importanti possibilità di guadagno nel breve e medio periodo. Nel 2003 è stato creato il Centro Italiano per le Nanotecnologie (Nanotec IT) con la missione di promuovere lo sviluppo e l’applicazione delle nanotecnologie in Italia, al fine di accrescere il posizionamento competitivo del Paese. Ben 20 aziende sono già iscritte a Nanotec IT (tra cui colossi quali Finmeccanica, Pirelli Labs, STMicroelectonics, ENI), insieme a 18 istituti di ricerca del CNR e altri nove istituti universitari nazionali.

Il futuro di queste tecnologie appare florido, e, più di tanti altri settori, potrebbe rivelarsi strategico anche se deve fare i conti con una forte resistenza ideologica all’idea di manipolare materiali a livello molecolare senza conoscere davvero tutte le implicazioni di tali processi.

Sempre più spesso, ultimamente, si sente parlare di nanotecnologie e nanomateriali. In effetti l’industria basata sull’utilizzo di nanoparticelle è in piena crescita e, secondo le stime della società Lux Research, il mercato di prodotti che integrano materiali nanotecnologici vale oggi 146 miliardi di dollari e si prevede che raggiungerà i 3,1 triliardi entro il 2015.
Una delle industrie che utilizza maggiormente questi materiali in prodotti destinati ai consumatori è quella cosmetica (per rossetti, schermi solari o creme per la pelle) ed è proprio per questo che una delle prime direttive europee a prendere in considerazione i nanomateriali riguarda la regolamentazione dei prodotti di bellezza.

La scorsa settimana è stata approvata da Bruxelles una direttiva che introduce una nuova procedura per determinare la sicurezza dell’utilizzo di nanomateriali in un particolare prodotto, obbligando il produttore a informare un’apposita commissione di esperti 6 mesi prima del lancio sul mercato. La nuova regolamentazione include anche, per la prima volta, una definizione specifica di cos’è un nanomateriale, cioè “un materiale indissolubile o bioresistente prodotto intenzionalmente con una o più dimensioni esterne, o una struttura interna, di dimensioni tra 1 e 100 nanometri”.
La nuova legge, che sostituisce la direttiva UE sui cosmetici risalente al 1975, rimpiazzando 3500 pagine di emendamenti e testo legale, è stata giudicata un enorme passo avanti dalla Europarlamentare verde Hiltrud Breyer, visto che per la prima volta indirizza chiaramente l’utilizzo dei nanomateriali. Il gruppo europeo di consumatori BEUC, però, pur accogliendo la regolamentazione come un primo passo importante, ha anche evidenziato come la direttiva richieda la valutazione dei nanomateriali solo in certi casi specifici (coloranti, conservanti o filtri UV) mentre in altri casi il produttore dovrà solo notificare la commissione, che però non procederà ad alcuna valutazione.

Un altro punto dolente è la definizione dei nanomateriali, che la stessa Breyer ha riconosciuto essere troppo limitata, chiedendo un ulteriore revisione della definizione al fine di includere direttive specifiche per ogni singolo nanomateriale, non solo alcuni. Infine il BEUC ha criticato le tempistiche della nuova regolamentazione, che avrà effetto a partire dal 2012, permettendo così di commercializzare prodotti potenzialmente nocivi fino a tale data.

Alcune associazioni di settore (tra cui l’inglese CTPA) hanno assicurato che i prodotti cosmetici vengono già sottoposti a rigorosi test. Le regole più severe in quanto a sicurezza sono però quelle dettate dal nuovo COSMOS Standard, che definisce i prodotti cosmetici biologici e naturali, ne avevamo già parlato qui. Questo standard europeo, frutto del lavoro di armonizzazione dei principali enti di certificazione della cosmetica naturale e biologica di Francia, Inghilterra, Belgio, Germania e Italia, adottando il principio di precauzione, vieta l’utilizzo di particelle inferiori a 100 micron
(100.000 nanometri) per qualunque preparazione cosmetica a logo COSMOS.

Prototipo di tuta Proetex

Situazioni di pericolo quali incendi, inondazioni, interventi in aree terremotate e presenza di nubi tossiche, pongono particolari problemi di tutela della sicurezza degli operatori di protezione civile e dei vigili del fuoco che le affrontano. In soccorso dei soccorritori giunge il progetto Proetex, finanziato per 12 milioni di euro dall’Unione europea. L’obiettivo è quello realizzare indumenti sensorizzati, in grado cioè di monitorare le condizioni fisiche e ambientali del personale che opera in tali situazioni critiche, assicurandone l’incolumità.

Il coinvolgimento di 23 partner internazionali, tra i quali, per l’Italia, l’Eucentre di Pavia, centro di ricerca della Protezione civile, renderà disponibili entro il 2010 comuni capi di abbigliamento che, grazie alle nanotecnologie, sono nello stesso tempo tute salvavita che tengono sotto controllo il battito cardiaco e il ritmo respiratorio dei soggetti che fronteggiano situazioni di emergenza, oltre alla loro postura e alla composizione chimica del sudore e del sangue, per valutarne il livello di stress e disidratazione. Le tute intelligenti verificheranno inoltre la temperatura ambientale, individuando la possibile presenza di gas tossici e vapori nell’aria, dati periodicamente comunicati a un centro ricevente che soccorrerà gli operatori in casi di accertato pericolo. Il progetto prevede la realizzazione di tre prototipi, il primo dei quali è già stato completato, mentre in Francia è ora in fase di sperimentazione il secondo. “Dei 23 partner coinvolti nel progetto, alcuni sono istituzionali, come il corpo dei vigili del fuoco di Parigi, altri industriali”, spiega a Panorama.it il professor Gian Michele Calvi, presidente dell’Eucentre, aggiungendo che “all’Italia compete la parte di sviluppo concettuale e scientifico del progetto stesso, preliminare alla possibile commercializzazione dei prodotti nel 2010, e basato su tre prototipi che non differiscono radicalmente l’uno dall’altro, ma rappresentano un continuo sviluppo e perfezionamento di un progetto unitario”.

La tuta salvavita messa a punto nelle diverse fasi di questo progetto sarà composta da tre capi di abbigliamento: una maglietta intima in cotone, lavabile e riutilizzabile, che integra elettrodi e sensori tessili per il monitoraggio della frequenza cardiaca, di quella respiratoria e della temperatura corporea; sopra di essa viene indossata una giacca ignifuga, fisicamente unita alla maglia con un cavo necessario per la trasmissione dei dati rilevati dai sensori, ai quali contemporaneamente fornisce l’alimentazione elettrica, ricavata da apposite batterie ricaricabili contenute nella giacca stessa. Nella fodera di quest’ultima, dotata di un sensore di temperatura ambientale, un modulo Gps localizza il soccorritore, mentre due accelerometri, posti all’altezza del bavero e del polso sinistro, ne identificano il livello di attività. In una tasca ricavata al di sotto dello strato più interno, trova spazio anche la centralina elettronica che interroga la rete dei sensori, tanto della maglia quanto della giacca, trasmettendone le letture a un software installato su un computer remoto, dove vengono acquisiti dal coordinatore dell’intervento, e possono essere esaminati online per la produzione di allarmi (se i sensori rilevano pericoli per l’operatore), oltre che salvati in file di testo per analisi successive. La trasmissione dei dati registrati dai sensori è garantita da un modulo Bluetooth abbinato a un’antenna in tessuto ricucita nello fodera della giacca. Completano la tuta un paio di stivali ignifughi, con vani e tasche realizzate in modo da permettere, con lo sviluppo del progetto, l’ulteriore inserimento di sensori e dispositivi per l’elaborazione e la trasmissione dei dati.

“In questo modo”, prosegue Calvi, “il laboratorio mobile che segue l’intervento in aree a rischio, di fatto un camion, disporrà di tutti i dati per stabilire quanto un operatore che, per esempio, sia alle prese con un incendio, possa rimanere in una determinata situazione prima che diventi troppo pericolosa, o per sapere se egli sia in difficoltà, segnalate da improvvisi mutamenti della postura”. Il tutto a costi non troppo elevati: “In simili progetti costa più il software dell’hardware, ovvero è più dispendioso garantire la robustezza e la stabilità del sistema, che non può dare spazio all’errore, mentre il costo bassissimo dei sensori non farà lievitare più di tanto quello dei capi di abbigliamento nei quali sono integrati”, conclude Calvi.