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Domenica, Luglio 05, 2020
Scienza e Futuro La nano-chitarra e la nano-radio: quando la tecnologia si fa microscopica

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La nano-chitarra e la nano-radio: quando la tecnologia si fa microscopica

La prima chitarra su scala atomica era stata realizzata nel 1977 dai ricercatori della Cornell University. Quella chitarra riproduceva, scalandone le dimensioni milioni di volte, una Fender Stratocaster, uno strumento che appartiene al mito della musica pop. Si era trattato allora di effettuare una dimostrazione pratica di cosa fosse possibile realizzare utilizzando le nanotecnologie, quelle tecnologie cioè, che permettono di manipolare la materia sulla stessa scala che hanno atomi e molecole. Fabbricare una chitarra grande come un globulo rosso, poteva fornire una dimostrazione diretta e convincente della grande potenzialità di queste tecniche così avveniristiche, ma ora, gli stessi ricercatori, si sono spinti ancora più in là, realizzando la prima “sonata per nanochitarra”. La realizzazione della prima nanochitarra in grado di emettere suoni è stata annunciata nel corso del cinquantesimo International Symposium and Exibition, che la American Vacuum Society, ha tenuto lo scorso novembre a Baltimora. La chitarra che ha ispirato questa versione funzionante appartiene sempre all’universo della musica rock; si tratta infatti di una Gibson Flyng V.

primo modello


Gli esperti parlano di micro electro mechanical systems (MEMS) nel caso di dispositivi che pur avendo dimensioni dell’ordine di qualche decina di millesimo di millimetro, sono in grado di svolgere delle precise funzioni meccaniche. Ma nel caso della nanochitarra il livello di miniaturizzazione è ancora più spinto, almeno due ordini di grandezza, è per indicare questa famiglia di dispositivi ultra piccoli, è stato coniato un nuovo acronimo: NEMS. In questo caso la N sostituisce la M per indicare che le grandezze in gioco sono dell’ordine dei nanometri, ovvero del milionesimo di millimetro. I NEMS sono in grado di svolgere delle precise funzioni proprio in virtù delle loro dimensioni estremamente ridotte, tanto da consentire ad esempio di utilizzarli all’interno di biosensori per rilevare forze mininime o per misurare il peso di un singolo batterio.
La nanochitarra realizzata da Lidija Sekaric, ricercatore alla IBM Watson Research Center, insieme a Keith Aubin e Jingqing Huang, studenti della Cornell University, è circa cinque volte più grande dell’originale fabbricato nel ’77, ma le sue dimensioni sono comunque così piccole che è possibile vederla solo utilizzando un microscopio. Le sue corde fatte di silicio, hanno una sezione compresa tra i 150 e i 200 nanometri, mentre la loro lunghezza varia tra i 6 ed i 12 micrometri. Sono in grado di vibrare ad una frequenza 17 ottave al di sopra di quelle di una normale chitarra, che corrisponde ad un vibrazione 130000 volte maggiore.
Per farla suonare i ricercatori non hanno potuto utilizzare un normale plettro ma visto le dimensioni in gioco, è stato escogitato un sistema del tutto particolare; inviare un impulso laser per far vibrare le micro strutture. Proprio con questa tecnica sono state composte le prime musiche suonate dalla nanochitarra. Dopo aver “pizzicato” le corde con un impulso laser è stato registrato lo spettro d’interferenza creato dalla vibrazione delle corde nella luce riflessa. A questo punto il segnale ottico è stato trasformato elettronicamente in onde acustiche, inaugurando così la nuova era del “nano rock”. La nanochitarra può suonare solo tono semplici, facendo vibrare più corde contemporaneamente. La frequenza emessa è determinata dalla lunghezza delle corde, ma non dalla loro tensione come in una normale chitarra, anche se è possibile accordare lo strumento applicando una tensione continua agli estremi dello strumento.
Il gruppo di ricerca della Cornell University è specializzato nella realizzazione di dispositivi meccanici miniaturizzati che ricordano arpe, xilofoni o tamburi, tutti accomunati dalle dimensioni micrometriche e dalla capacità di risuonare solo su ben determinate frequenze.

nuovo modello


Un’applicazione pratica di questi strumenti può essere trovata ad esempio nei circuiti elettronici che utilizzano al loro interno degli elementi in rapida vibrazione. E’ questo il caso ad esempio di tutti quei sistemi che utilizzano le oscillazioni di un cristallo di quarzo per generare le onde portanti di trasmissione o per selezionare e filtrare il segnale ricevuto. Una nanocorda in rapida vibrazione potrebbe svolgere la stessa funzione occupando uno spazio minore e utilizzando una potenza bassissima. Questi stessi dispositivi, come dimostra la stessa nanochitarra, possono essere applicati anche per modulare la luce, e per questo potrebbero trovare applicazione anche nei sistemi di comunicazione su fibra ottica.


Di seguito il video della nano-radio ralizzata dalla Berkely University




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