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domenica 31 gennaio 2010

NEMS: Il futuro dei sistemi microelettromeccanici

Nel mercato elettronico dei MEMS ( Micro Electro-Mechanical Systems ) si stanno affacciando i NEMS (Nano Electro Mechanical Systems) che sono costruttivamente molto simili ai precedenti, ma al contrario dei primi hanno dimensioni nanometriche.
Le grandezze fisiche tipiche della scala molecolare saranno rivoluzionate da questi nuovi prodotti della nanotecnologia, attualmente le principali sfide tecnologiche dei NEMS possono essere focalizzate nell’interconnessione fra gli stessi dispositivi ed il mondo esterno (a macroscala), nella comprensione ed il controllo dei meccanismi che regolano il comportamento delle nanostrutture, e nello sviluppo di tecniche per la produzione industriale.
Questi dispositivi sono fatti da elementi elettromeccanici che hanno dimensioni strutturali su scala submicrometrica, quindi possono essere interessanti per applicazioni in cui le strutture di massa molto piccola sono essenziali per il funzionamento come i sensori di forza, i sensori chimici e biologici, i risonatori a frequenza elevatissima.
I NEMS hanno seguito un percorso di sviluppo simile a quello dei MEMS, infatti, entrambe le tecnologie hanno fatto riferimento a tecniche di processo esistenti.
Per esempio, le tecniche di litografia a fascio elettronico usate nella fabbricazione top down dei NEMS sono uguali alle procedure standard che caratterizzano la fabbricazione dei circuiti integrati nanometrici, infatti, i materiali usati in molti dispositivi NEMS di prima generazione (Si, GaAs, Si3N4, SiC) sono gli stessi che sono stati utilizzati prima nei circuiti integrati e poi nei MEMS.
Come i primi dispositivi MEMS, la prima generazione di strutture NEMS consiste di elementi nanomeccanici quali travi e piatti realizzati usando processi semplici di bulk nanomachining e surface nanomachining.
La fabbricazione di strutture NEMS oltre al silicio comprende i composti III-V come l’arseniuro di gallio, materiali interessanti per la loro fabbricazione perché film sottili epitassiali di GaAs possono essere cresciuti su particolari materiali usati come strati sacrificali.
La tecnologia NEMS è ancora nella sua fase iniziale di sviluppo, ed in tempi brevi dovrà vincere le sfide tecnologiche relative alla fabbricazione ed al packaging introducendo soluzioni innovative prima che questi dispositivi abbiano un significativo impatto commerciale.
Per raggiungere risultati così ambiziosi e guidare lo sviluppo del nanoassemblaggio sarà necessario sviluppare un nuovo insieme di strumenti e competenze, tenendo presente che la guida in questo percorso dovrà essere la natura stessa, che da miliardi di anni costruisce dal basso le sue opere.
I processi di fabbricazione possono essere suddivisi nei due approcci usati per creare le strutture nanometriche: quella “ top down” dall’alto verso il basso, in altre parole la riduzione del dispositivo fino a livelli nanometrici, e quella “bottom up” dal basso verso l’alto, ovvero l’assemblaggio di molecole o aggregati di molecole per realizzare opportune nanostrutture.
Facendo un semplice esempio, immaginiamo di costruire un modellino di casa, con le tecniche “ top down” si ricava la casa a colpi di scalpello da un ipotetico grande ed unico mattone, mentre la tecnica “bottom up” è assimilabile all’unione di singoli mattoncini (le molecole) che opportunamente aggregati originano l’oggetto voluto, in questo caso il modellino di casa.

sabato 23 gennaio 2010

Microprocessori dalla Cina con furore


I primi computer super-economici interamente progettati ed assemblati in Cina sono già sul mercato dei pc e saranno equipaggiati con la CPU Godson, meglio conosciuta come "Dragon Chip".
I Godson sono microprocessori attualmente progettati e sviluppati dall'Istituto delle tecnologie di calcolo dell'Accademia delle scienze cinese, e dopo quattro generazioni, grazie ad un accordo con l'azienda franco-italiana STMicroelectronics saranno utilizzati all'interno dei portatili di molte aziende interessate al loro basso costo.
Questi microprocessori nonostante siano costruiti con una tecnologia più vecchia dell’attuale processo usato dalla Intel, nelle future versioni potrebbero arrivare ad 8 core.
Nell’immediato futuro i microprocessori Godson, a differenza dei precedenti che non sono compatibili x86, diventeranno compatibili con il mondo Intel, poiché nelle ultime versioni i ricercatori cinesi hanno inserito un nuovo set di 200 istruzioni.
In questo modo il chip cinese avrà performance che raggiungerà l’80 per cento di un originale Intel, con la conseguenza che il governo cinese si posizionerà al seguito di un mercato low-end, cambiandone radicalmente gli equilibri e gli assetti attuali.
Secondo le specifiche tecniche le prestazioni di un Godson-2 a 500MHz sono paragonabili a quelle di un Pentium 3 di Intel.
Questi elaboratori saranno venduti ad un prezzo compreso tra i 150 ed i 175 dollari, ogni computer sarà dotato di sistema operativo Linux, avrà 256MB di RAM DDR, disco rigido da 40 o 60GB ed un processore a 64 bit Godson-2, disponibile anche nella versione da 800MHz oppure 1GHz.
Il maggior numero di processori Godson è stato destinato al mercato interno della grande Repubblica Popolare, ma in futuro una crescita esponenziale delle esportazioni, in perfetto stile cinese, potrebbe causare notevoli attriti economici tra il colosso asiatico e le multinazionali occidentali dell’informatica.

domenica 10 gennaio 2010

Spettacolarizzare le nanotecnologie può essere controproducente


Nel 2006, un sondaggio statistico ha rivelato che il 40% degli europei pensava che le nanotecnologie avrebbero migliorato la loro vita entro i successivi 20 anni; il 13%, invece, pensava che queste innovazioni non avrebbero avuto effetti, il 5% pensava che avrebbero reso più difettoso il prodotto industriale mentre il 42% era indifferente al problema.
Affinché non si ripetano i fatti accaduti con i prodotti transgenici è importante capire con chi si schiererà in futuro quel 42% di indifferenti. La posta in gioco è molto alta perché si corre il rischio che in futuro ci siano numerose richieste di moratoria dovute alla percezione pubblica di una inaffidabilità del prodotto nanotecnologico.
L'associazione canadese ETC già ha chiesto una moratoria per i prodotti nano, mentre Greenpeace chiede più studi sugli effetti delle nanoparticelle.
L'allarme sulla sicurezza nanotecnologica è partito dalla Germania da un prodotto commerciale denominato Magic Nano, che ha usato il termine di nano nella relativa promozione. Da uno studio di mercato si è evidenziato che più di 100 utenti che hanno utilizzato questo prodotto commerciale come aerosol, hanno manifestato nausee, emicranie, dolori al petto e problemi respiratori, di conseguenza questi prodotti sono stati ritirati del mercato causando un ingiustificato danno di immagine alla crescente industria del nanotech.
Infatti, Magic Nano non conteneva alcun tipo di nanoparticella.
Vediamo più da vicino questo episodio di sicurezza sulle nanotecnologie, come detto nel marzo del 2006, un prodotto per le pulizie che prometteva di proteggere i bagni dalla proliferazione batterica fu messo in vendita in Germania.
Battezzato Magic Nano, il prodotto ha ottenuto un immediato successo, ma appena tre giorni dopo la sua messa in commercio, è stato ritirato a causa dei numerosissimi reclami. Il giornale The Economist, insieme ad altre testate giornalistiche, affermava che Magic Nano causava problemi respiratori obbligando, nei casi più gravi, alcuni consumatori al ricovero in ospedale.
E’ stato attraverso questo spiacevole episodio che la nanotecnologia si è presentata al grande pubblico tedesco, determinando inizialmente una forte aspettativa e in seguito una grande apprensione. Molte persone hanno associato il problema specifico del Magic Nano ai rischi inerenti la nanotecnologia, perché in questo caso la caratterizzazione di questa nuova tecnologia è avvenuta in modo spettacolare e superficiale, mediata in gran parte da strategie di tipo pubblicitario e non da un dibattito pubblico su autorevoli basi tecnico scientifiche.
In ogni caso le informazioni fornite dalle Nazioni Unite, dalla Royal Britannic Society e dalla UE permettono di asserire che la conoscenza su gli effetti che hanno le nanostrutture sulla salute umana e sull'ambiente è in forte evoluzione, poiché molti sono gli studi da approfondire e divulgare.

domenica 3 gennaio 2010

Le nanotecnologie nel settore della “motion capture”


La Motion Capture è una tecnica innovativa di animazione digitale, che permette di applicare a soggetti virtuali i movimenti di persone o animali ripresi in tempo reale, riproducendoli istantaneamente sullo schermo tramite appositi sensori, che sono inseriti sia nei punti di giuntura delle ossa che nelle zone di contrazione dei muscoli.
Gli strumenti attualmente in uso per l’analisi del movimento, di tipo stereofotogrammetrico, magnetico o elettromeccanico, forniscono risultati molto precisi, ma devono essere usati in locali speciali, che sono vincolanti per il soggetto in esame.
Queste tecnologie possono anche fare uso di piccoli LED attaccati in punti chiave sul busto, sugli arti e sulla testa di una persona, ed attraverso i movimenti di questi punti che sono catturati da una serie di telecamere, si può creare uno scheletro virtuale del soggetto, che in seguito potrà guidare i movimenti rielaborati al computer.
Per superare questi problemi sono stati progettati dei “sensing garments” mediante l’integrazione di sensori basati su di un elastomero conduttore con un tessuto elastico. Dato che questi sensori hanno proprietà piezoresistive, la deformazione del tessuto può essere correlata ad una variazione della resistenza elettrica del sensore.
La realizzazione di questi nuovi dispositivi indossabili basati su tessuti elettronici, utili nel campo della “motion capture” sfrutterà la tecnologia MEMS composta da giroscopi, accelerometri, emettitori di ultrasuoni e microfoni, realizzando un sistema economico ed affidabile per la rilevazione dei movimenti del corpo umano.
Tutto questo può rappresentare una sorta di evoluzione delle attuali tecniche di motion capture, utilizzate normalmente in ambito cinematografico e videoludico, per la creazione di modelli grafici tridimensionali in grado di imitare le movenze umane.
Il monitoraggio dei parametri legati ai movimenti umani trova molteplici applicazioni sia in campo medico come nella diagnostica e nella riabilitazione, che nelle applicazioni di computer animation e nei videogames.
In particolare nel settore della “motion capture” il guanto, usato per la riproduzione in ambiente virtuale dei movimenti della mano, è uno dei device più critici dal punto di vista realizzativi, ma nello stesso tempo è uno dei più interessanti in termini di opportunità nel mercato hi-tech.
Per questo motivo sono molte le aziende nanotech che si impegnano nel centrare l’obiettivo della progettazione di un device affidabile e dai costi contenuti.
In questo settore uno dei centri di ricerca di maggior prestigio si trova presso l’Università di Pisa che attraverso il Centro Interdipartimentale E. Piaggio, sviluppa da tempo interfacce tattili e cinestetiche in grado di analizzare, codificare e replicare in ambiente virtuale i movimenti umani.
Lo sviluppo di un tessuto nanotech del guanto che porterà vantaggi in termini di costo, adattamento ai movimenti, vestibilità, leggerezza e comfort, la progettazione di sensori e connessioni del guanto, la costruzione di un adeguato sistema di trasmissione dei segnali dal device al PC sono le principali innovazioni proposte da queste ricerche tecnologiche.
Per quanto detto un ruolo fondamentale in questa tipologia di prodotti è interpretato senz’altro dall’elettronica ma, ancor più, dai tessuti che li costituiscono e ne determinano le caratteristiche sia fisiche che ergonomiche.