Mag 042016
 

Motori che non consumano nulla? Motori che funzionano in eterno? Ancora non ci siamo, anche se la tecnologia sta compiendo enormi passi avanti in questa direzione.

Atomico02

Johannes Roßnagel

Un team di ricercatori tedeschi guidato da Johannes Roßnagel, ha messo a punto un motore termico in grado di funzionare alimentato da un solo atomo. Risultato? Dal punto di vista dell’efficienza energetica, nullo, ma dal punto di vista delle prospettive per il futuro, apre la strada a incredibili scenari.

Immaginate di quanto si potrebbe ridurre le dimensioni di un motore riuscendo a produrre energia in un campo così miniaturizzato. Si potrebbe realizzare quanto già accaduto nel campo dell’elettronica con la miniaturizzazione dei micro processori dei computer.

Il team ha isolato un atomo di calcio e lo ha costretto a muoversi lungo una sola direzione. Ha poi applicato due differenti tecnologie per cambiare il suo stato termico. Un laser per raffreddarlo e un campo elettrico oscillante per riscaldarlo. Il risultato è stato quello di produrre un movimento avanti e indietro come quello di un pistone all’interno di un cilindro nel motore a scoppio di un’auto.

Atomico01

E’ stato in questo modo prodotto il primo motore termico della storia alimentato con un solo atomo. E’ un passo enorme nello studio delle nanotecnologie applicate al controllo e modificazione della materia a livello atomico.

L’efficienza energetica raggiunta è infinitesimale, pari allo 0,28% se confrontata a quella di un normale motore a scoppio, pari al 25-30%, in cui quindi un terzo dell’energia sviluppata dalla combustione del carburante diventa energia utile. Ma il vero successo, non è nella quantità di energia trasformata, ma nella capacità di ridurre a livelli atomici la costruzione di macchine e motori.

E’ evidente che non vedremo nel breve periodo macchine alimentate da questo tipo di motore perché le condizioni per farlo funzionare, ossia laser, aree a vuoto, specifici componenti elettronici, sono appannaggio per ora solo di grossi centri di ricerca e sviluppo e evidentemente molto costosi. Ma come dicevo, gli scenari aperti sono a dir poco fantascientifici. Si parla infatti di macchine nanoassemblatrici, ossia capaci di costruire qualsiasi cosa a partire dagli atomi circostanti.

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Apr 222016
 
IL RILIEVO

Il rilievo è un processo della geometria descrittiva che ha lo scopo di rappresentare un oggetto esistente su un supporto cartaceo o digitale. Si tratta di misurare l’oggetto e di annotare graficamente tali misure su un foglio di carta.

Rilievo

Per il rilievo, bisogna utilizzare un’apposita strumentazione di cui fanno parte tra l’altro, la rollina metrica (20 metri), metri rigidi, strumentazioni laser per il rilievo, supporto cartaceo o digitale per annotare le misurazioni.

Rollina Metrica Rollina Rigida Disto Laser
Rollina Metrica Rollina Rigida Disto Laser
Piantina

Planimetria dell’appartamento da misurare

Immaginiamo di iniziare il nostro rilievo dal soggiorno.

  1. misureremo la parete (vedi animazione);
  2. poi quella B; in questo caso dovremo anche misurare la dimensione dell’apertura per uscire sul balcone e le relative distanze dai muri ortogonali (B1, B2 e B3);
  3. rileviamo, poi, l’altra parete con aperture; misureremo le distanze C1, C2, C3 e C4.
Rilievo1_movie

Rilievo del Soggiorno

Essendo il soggiorno ortogonale (ossia con pareti perpendicolari tra di loro), per la nostra restituzione grafica basteranno queste dimensioni.

LA TRIANGOLAZIONE

Ma come dovremo fare per rilevare il bagno dato che le sue pareti, a differenza di quelle del soggiorno, non sono ortogonali tra di loro?

  1. Innanzitutto procederemo come precedentemente, misurando la lunghezza di tutte le pareti della stanza.
  2. Quindi utilizzeremo una tecnica topografica chiamata triangolazione. E’ una tecnica di rilievo per la determinazione delle coordinate planimetriche di punti sul terreno ideata dal geodeta olandese W. Snellius e utilizzata in campo topografico ancora oggi. Si basa sul concetto geometrico che, tre punti del terreno AB e C, possono essere considerati i vertici di un triangolo la cui posizione è da determinare.
  3. Per cui, bisogna dividere la stanza in tanti triangoli (rete di triangoli) ossia misurare le distanze che separano i vertici di questi triangoli virtuali.

Nell’animazione sotto, sono mostrati, il rilievo della lunghezza delle pareti e due possibili procedure di triangolazione, in rosso e in blu.

Triangolazione_movie

Rilievo e Triangolazione del Bagno

LA RESTITUZIONE GRAFICA

Vediamo ora come restituire il nostro rilievo, ossia come disegnare sul foglio la piantina del bagno a partire dalle misure che abbiamo raccolto.

Costruzione_movie

Triangolazione

Andiamo con ordine:

  1. tracciamo in orizzontale il segmento pari alla lunghezza di A, nell’opportuna scala che abbiamo stabilito per disegnare il nostro rilievo, normalmente scala 1:100;
  2. per trovare la lunghezza di B, con la triangolazione, tracciamo prima un archetto con apertura la misura rilevata B puntando il compasso in uno dei due estremi di A;
  3. poi, dall’altro estremo, tracciamo un altro arco di circonferenza con apertura pari alla distanza G;
  4. i due archetti si intersecheranno in un punto che rappresenta l’estremo del segmento B;
  5. uniamo l’estremo di A con il punto appena trovato;
  6. da quest’ultimo punto, tracciamo un altro archetto con apertura la lunghezza H e dall’estremo opposto di A tracciamo un archetto con lunghezza pari a I del nostro rilievo;
  7. i due archetti si intersecheranno anch’essi in un punto che evidenzieremo;
  8. da questo punto tracciamo un altro archetto di apertura pari alla lunghezza E, mentre dall’estremo del segmento A, tracciamo un altro archetto di apertura la lunghezza F;
  9. i due archetti si intersecheranno anch’essi in un  punto;
  10. uniamo quest’ultimo punto con l’estremo di A, avremo così il lato che misura F;
  11. adesso uniamo l’estremo di F con il punto che avevamo determinato in precedenza; avremo così il segmento di lunghezza E;
  12. dall’estremo di B, tracciamo un archetto di lunghezza pari a C e dall’estremo di Etracciamo un archetto di apertura pari alla dimensione D;
  13. i due archetti anche in questo caso si incontrano in un punto che uniremo con l’estremo del segmento B e l’estremo del segmento E; avremo così tracciato i segmenti C e D.
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Mar 292016
 

enterpriseChi non ricorda Star Trek, il mitico telefilm di fantascienza famoso per l’Enterprise, il capitano Kirk e il vulcaniano Spock? Pochi credo. Ma una delle cose che hanno sempre colpito l’immaginario collettivo e fatto desiderare ciò che si poteva fare nel telefilm è sempre stato il teletrasporto, ossia la capacità di spostare la materia (persone e oggetti) da un punto all’altro nello spazio.

Questa possibilità è già conosciuta e possibile da molto tempo, ma solo a livello quantistico, ossia delle particelle e unicamente nel loro universo (quantistico).

Oggi, però, pare che gli scienziati siano riusciti nell’intento di realizzare questo trasferimento nel campo della fisica classica, ossia della materia.

La ricerca, è stata sviluppata da due fisici dell’Università di Jena, i professori Alexander Szameit e Marco Ornigotti ed è stata descritta sulla rivista Laser and Photonics Reviews.

Teletrasporto01

La base di partenza della loro ricerca, è stata appunto la possibilità già nota nella fisica quantistica di poter trasportare a distanza e in maniera istantanea un’informazione a livello molecolare, ossia il principio di delocalizzazione spaziale delle particelle.

Gli scienziati, hanno sfruttato le caratteristiche di un particolare raggio laser la cui luce può creare quello che in gergo tecnico viene definito un “entanglement”, cioè una correlazione tra due proprietà. La particolarità è che questa volta l’entanglement si è stabilito non a livello quantistico, ma tra elementi correlati all’interno dei parametri della fisica classica.

Teletrasporto02

Marco Ornigotti, puntualizza quanto realizzato in laboratorio: “abbiamo collegato l’informazione che volevamo trasmettere a una particolare proprietà della luce“. Si tratta di un risultato mai raggiunto da alcuno; i due scienziati, hanno codificato una serie di informazioni sfruttando una particolare direzione di oscillazione del campo elettrico del raggio laser, proprietà della fisica classica, e trasmesso o teletrasportato quest’informazione sulle frequenze della luce laser. Purtroppo, paradossalmente, questa forma di trasferimento non può coprire alcuna distanza perché questo tipo di teletrasporto funziona solo a livello locale.

Per i due scienziati, questa scoperta apre enormi applicazioni legate ai sistemi di telecomunicazioni oggi utilizzate, creando nuovi e più vantaggiosi sistemi di trasferimento delle informazioni capaci di sfruttare il doppio canale del sistema quantistico  e quello classico.

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Lug 062013
 

DVD01Il DVD agli steroidi pare che da oggi esista. Infatti, in Australia alcuni esperti in microfotonica dell’Università di Swinburne  hanno sviluppato una tecnica con la quale è possibile memorizzare su di un normale DVD da 4.7GB la strepitosa quantità di 1.000 terabybe (1 petabyte), l’equivalente dello spazio necessario per memorizzare 10.6 anni continui di video ad alta definizione o 50.000 film completi ad alta definizione.

La cosa strabiliante è che gli scienziati per realizzare questa meraviglia hanno utilizzato tecnologie già esistenti. Infatti, hanno impiegato supporti per normali DVD e laser di scrittura analogo agli attuali. Una legge della fisica nota come “Limite di Abbe”, esposta dal fisico Ernest Abbe nel 1873 ha stabilito alcuni limiti teorici della natura difrattiva. I ricercatori australiani non hanno infranto quanto stabilito da questa legge, ma hanno semplicemente trovato il modo per aggirare questi limiti. La tecnica classica prevede l’incisione di bit (zero e uno) sul supporto realizzando un percorso che corrisponde ai dati registrati. La tecnica consiste nell’utilizzare il classico laser per la scrittura dei supporti convenzionali e nell’uso di un altro laser a forma di ciambella che limita il raggio di azione del primo fascio; questo ha consentito di ridurre le dimensioni del fascio laser, permettendo di scrivere punti ancora più piccoli, circa un decimillesimo delle dimensioni di un capello umano.

dvd

Non è ancora stabilito se e quando questi prodotti diverranno commerciabili. Questo dipenderà da quanto i dati così memorizzati saranno affidabili nel tempo e l’effettiva resistenza dei supporti in varie condizioni.

Articoli1

Mar 152013
 

02 NIFTutti sappiamo che oggi l’energia dall’atomo può essere sfruttata attraverso il processo chiamato fissione nucleare (ossia dalla rottura di un atomo pesante “uranio235“). Dal processo inverso, ossia dall’unione di due isotopi dell’idrogeno leggeri in uno più pesante chiamato fusione nucleare, non è attualmente possibile ottenere energia perché le condizioni in cui ciò può avvenire richiede condizioni estreme riscontrabili solo sulle stelle.

La fusione a freddo, è diventata quindi la chimera da inseguire per gli scienziati del pianeta e ogni giorno l’obiettivo si avvicina sempre di più. L’ultimo passo in questa direzione viene dagli Stati Uniti, dalla California dove gli scienziati del NIF (National Ignition Facility) di Livermore hanno sviluppato e realizzato un approccio diverso per realizzare tale processo.

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La tecnica chiamata ad ignizione promette di fornire una quantità di energia pulita e a costo bassissimo in brevissimo tempo. Mike Dunne del NIF, afferma che “…la teoria fisica funziona e che con finanziamenti adeguati, si riuscirà ad immettere sulle reti elettriche incredibili quantità di energia entro i prossimi 10 anni…“.

Punto-interrogativo2-icon[ IGNIZIONE – è la temperatura minima alla quale deve essere portata una sostanza combustibile perché si inneschi la sua combustione. ]

La tecnica sperimentata al NIF vede la costruzione del più potente raggio laser mai creato a concentrare la sua potenza in un punto. In pratica, l’energia di 192 laser è stata concentrata istantaneamente su un bersaglio di 2 millimetri, sprigionando la cifra pazzesca di 500 trilioni di Watt di energia e 1,85 megajoule di luce agli infrarossi. L’obiettivo è quello di raggiungere e realizzare quello che accade normalmente sul Sole, ossia superare quel punto in cui le reazioni si autoalimentano producendo più energia di quanta ne consumano.

01 NIF

Il futuro è iniziato, vedremo se e in quanto tempo gli scienziati, sia quelli americani del NIF che quelli europei del progetto ITER, raggiungeranno questo incredibile risultato. A detta loro la “meta è vicina”, noi staremo a vedere.

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Lug 312012
 

Ho appena finito di parlare dei computer fotonici che avranno un cristallo al posto del processore e useranno la luce per trasmettere informazioni che ho trovato, nel mio girovagare sulla rete, un articolo relativo ad una nuova scoperta che punta in questa direzione.

E’ stato, infatti, costruito il piu’ piccolo laser a semiconduttore del mondo realizzato dai ricercatori dell’università del Texas; questa scoperta rappresenta un passo importante verso tutte le nuove tecnologie basate sulla luce, dai futuri computer fotonici alla diagnostica per immagini. Questo laser emette luce verde a bassa energia e non è visibile a occhio nudo; l’apparecchio e’ costituito da una microscopica barra di nitruro di gallio e indio, entrambi semiconduttori usati comunemente per la realizzazione di led. La barra di nitruro di gallio è posizionata sopra un sottile strato isolante di silicio che a sua volta ricopre uno strato di argento lisciato fino al livello atomico. Questa assoluta levigatezza è perfetta per i dispositivi fotonici, perché evita la dispersione di particolari onde di elettroni chiamate plasmoni che, possono essere utilizzate per trasmettere una grande quantità di dati.

[ il nitruro di gallio è un semiconduttore che lo rende utilizzabile per la realizzazione di laser a luce blu e led ]

[ i plasmoni possono essere rappresentati come una oscillazione collettiva di una nube di elettroni rispetto al fondo  del sistema caricato positivamente ]

Il primo passo per la sostituzione dei circuiti elettronici è stata fatta. Il laser sempre più miniaturizzato rappresenta la chiave di volta per la realizzazione di tecnologie basate sulle particelle di luce note come fotoni. Questa scoperta renderà più facile realizzare computer ultra-veloci, nuove tecnologie per le telecomunicazioni e biosensori.