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Fisica

I computer piccolissimi che ci cambieranno la vita

Computer di dimensioni quasi microscopiche sono ormai alla portata della tecnologia elettronica. L’ultimo ostacolo da superare riguarda lo sviluppo di metodi per ottimizzarne l’efficienza energetica in modo da produrre batterie di dimensioni anch’esse minuscole ma a lunghissima durata di Stuart Biles / Scientific American

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Ricordate Salto nel buio, la commedia fantascientifica degli anni ottanta su una microscopica capsula con equipaggio iniettata in un essere umano?
Anche se siamo lontani anni dal lancio di sottomarini all’interno dei nostri corpi, i progressi dell’ingegneria hanno reso possibile la costruzione di computer così piccoli che l’idea di inserirli nel tessuto vivente non è più solo il parto dell’immaginazione di uno scrittore di fantascienza.

Sono già passati vent’anni da quando lo scienziato britannico Kevin Warwick impiantò per la prima volta un trasmettitore RFID al silicio nel suo braccio per controllare a distanza i computer di porte, luci e altri dispositivi. In seguito ha fatto un ulteriore passo avanti interfacciando il dispositivo con il proprio sistema nervoso in modo da controllare un braccio robotico, e guadagnarsi il soprannome di “Captain Cyborg”.
Anche se non è una notizia da strillare ogni giorno in prima pagina, il ritmo della tecnologia dei microcomputer non ha rallentato, e a volte resto ancora stupito dall’ingegnosità di alcuni nuovi sviluppi.

Per esempio, all’inizio di quest’anno, un team dell’Università del Michigan diretto da David Blaauw, docente di ingegneria elettronica e informatica, ha usato un processore ad alta efficienza energetica costruito dall’azienda per cui lavoro, la Arm, per costruire il computer più piccolo del mondo.

Il dispositivo, che misura appena 0,3 millimetri di lato, ha solo un decimo delle dimensioni del precedente detentore del record, un computer a energia solare non più grande di un granello di sale. Dato che è possibile integrare nel nuovo dispositivo dei sensori di temperatura e pressione, il team di Blaauw prevede che, tra le altre applicazioni, potrebbe essere impiantato nei tumori per determinare se si riducono dopo i trattamenti chemioterapici. (Gli studi dimostrano che i tumori possono avere temperature leggermente superiori a quelle dei tessuti sani).

Anche se lo sviluppo di minuscoli computer è entusiasmante, ci sono ostacoli che ne impediscono un’ampia diffusione nel settore sanitario e in altri settori. Uno dei problemi maggiori è la creazione di batterie sufficientemente piccole per alimentare i dispositivi.

Via via che le dimensioni delle batterie si riducono, anche la quantità di energia che immagazzinano diminuisce drasticamente. Le batterie necessarie per i computer minuscoli sono notevolmente più piccole delle piccole batterie convenzionali usate per alimentare dispositivi come i pacemaker e gli impianti cocleari, e la loro capacità – dice Blaauw – può essere mille volte inferiore.

Una possibile soluzione è trovare il modo per ricaricare frequentemente i dispositivi. Per esempio, i raggi infrarossi possono ricaricare a distanza i sensori impiantati in topi di laboratorio.

Gli scienziati stanno anche studiando come produrre elettricità per piccoli computer sfruttando una tecnica nota come recupero di energia termoelettrica, anche se finora non ci sono stati successi a una scala così piccola. Per far sì che questa tecnica funzioni, ci deve essere una differenza di temperatura tra due superfici di un dispositivo, ma i nuovi mini computer sono così piccoli che è difficile rendere una loro parte qualsiasi molto più calda di un’altra.

Altri metodi ancora allo studio prevedono il ricorso a molecole di glucosio come fonte di energia.

Una soluzione efficace potrebbe essere quella di risparmiare la piccola quantità di energia che può essere immagazzinata in una batteria minuscola. Blaauw e il suo team hanno visto che possono ridurre drasticamente il consumo di energia “svegliando” solo periodicamente i computer per fare calcoli e poi rimettendoli a riposo.

Oltre a massimizzare la quantità di tempo in cui i piccoli computer non sono attivi, si può abbattere il loro consumo energetico riducendo la quantità di elettricità che consumano quando sono attivi.

Blaauw e il suo gruppo sono riusciti a ridurre il consumo di energia a riposo del loro computer fino alla soglia infinitesimale di 30 picowatt, 300 trilionesimi di watt, grazie a una modificazione dei transistor usati, alla riduzione delle dimensioni di alcuni circuiti e ad alcune ottimizzazioni dei circuiti.

Le piccole dimensioni e il ridotto consumo energetico dei mini computer però servirebbero a poco se i dati che raccolgono non potessero essere comunicati correttamente. Per consumare meno elettricità possibile, Blaauw e il suo team hanno dovuto modificare anche questo processo.

Attivando l’antenna radio per le trasmissioni solo per pochi miliardesimi di secondo, i computer possono farsi riconoscere senza sprecare troppa energia. “Perché una radio possa essere sentita, deve ‘urlare’ piuttosto forte”, ha detto Blaauw. “In sostanza, abbiamo fatto sì che invece di urlare tutto il tempo, emetta solo un segnale forte ma breve.”

Se i gruppi di ricerca come quello di Blaauw riescono a superare gli ostacoli tecnologici, è verosimile che un giorno i computer minuscoli potranno rivoluzionare ben più del rilevamento dei tumori.

La CubeWorks, un’azienda nata dall’iniziativa Michigan Micro Mote (M3) dell’Università del Michigan, ha sviluppato un sistema di microsensori in rete che possono essere incorporati in oggetti di uso quotidiano – dai sistemi domotici ai parchi eolici fino ai dispositivi per monitorare i livelli di glucosio – e collegati all’Internet degli oggetti.

Alimentati dalla luce solare, questi computer possono raccogliere informazioni sulla temperatura e la pressione dell’ambiente, oltre a scattare immagini digitali e tracciare il movimento all’interno di una determinata area. Un giorno, sistemi come questi potranno trasformare il modo in cui interagiamo con tutto, dagli edifici in cui viviamo agli abiti che indossiamo.

Anche se non saremo ancora in grado di lanciare sottomarini all’interno del nostro corpo, i computer di dimensioni millimetriche probabilmente arriveranno sul mercato nel prossimo decennio e cominceranno ad avere un impatto significativo sul mondo.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” il 28 dicembre 2018





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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

Fisica

Nel 2019 sui giornali italiani ancora si nega che siamo arrivati sulla Luna

“Sulla Luna non ci siamo mai stati”. È la tesi di un articolo sul Fatto a firma del giornalista e autore tv Ivo Mej. Ma tutto lascia intendere il contrario

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(foto: Kordite/Flickr)

Quali grandi novità, frutto di approfondite inchieste giornalistiche e indagini scientifiche, sono emerse negli ultimi giorni per riaprire ancora una volta il dibattito se l’umanità abbia o meno messo piede sulla Luna? Ebbene – tenetevi forte – nessuna.

Tuttavia, nella giornata dell’8 luglio sul sito de Il Fatto quotidiano è stato pubblicato un articolo (cliccare sul link non dà traffico al sito) dal titolo emblematico: Insomma, sulla Luna ci siamo stati o no?. Una raccolta di valutazioni soggettive e prove non-scientifiche a sostegno della tesi del falso allunaggio, che cade a fagiolo proprio a pochi giorni dal 50esimo anniversario del successo della missione spaziale Apollo 11. Quella che, scetticismi a parte, ci ha portati per la prima volta sul nostro satellite naturale.

La scienza a sentimento

L’articolo in questione è firmato da Ivo Mej, giornalista e autore tv, che esordisce nell’articolo affermando che “la mia personale opinione è che no, sulla Luna non si saremmo mai potuti andare con la tecnologia degli anni Sessanta, tant’è vero che non riusciamo ad andarci neanche oggi”. Non è chiaro però quali elementi fattuali supportino questa sua sensazione, né quali prove possano far concludere che la Nasa ha “inventato miriadi di supercazzole”, dato che i pochissimi esempi riportati sono poco attinenticon l’evento dell’allunaggio (e comunque falsi, come vedremo tra poco).

Addirittura, Mej pare essere riuscito nell’incredibile impresa – altro che allunaggio – di fare il complottista su se stesso, smentendo la sua opinione espressa poco prima: “Come è possibile che in mezzo secolo non sia mai venuta fuori la verità sulla conquista mai avvenuta del nostro satellite?”. Per il resto nell’articolo si fa riferimento perlopiù a imprecisate “incongruenze logiche”, a “strane dimissioni” e ad “ammissioni a mezza bocca dei dirigenti Nasa”: tutte cose sentite e risentite, e su cui in questo caso non è nemmeno possibile argomentare dato che non è specificato di che cosa si tratti con precisione.

Curioso che gli unici esperti citati siano registifotografi e documentaristi, mentre manca del tutto la voce di tecnici spaziali, scienziati e astronauti. Se questo è l’approccio con cui si tenta di affrontare seriamente la questione, probabilmente avranno vita lunga pure il terrapiattismo, l’arrivo di Nibiru e i rapimenti alieni. Chissà quando uscirà l’inchiesta: “Insomma la Terra è piatta o no?”.

I pochi esempi si confutano al volo

Nell’articolo sono esplicitate in sostanza tre sole argomentazioni contro l’allunaggio. La prima riguarda un obiettivo fotografico messo a disposizione del regista Stanley Kubrick per il film Barry Lyndon, che sarebbe stato costruito dalla Nasa e poi regalato per le sue riprese. Una storia però che non ha alcun aspetto di mistero, come è stata raccontata da Neil Oseman e ripresa anche Paolo Attivissimo: non è affatto vero che l’obiettivo sia stato donato, e poi la sua costruzione è stata motivata proprio dalla volontà di fare riprese della Luna dalle sonde spaziali Nasa. Dove starebbe, di preciso, il problema?

Un secondo punto citato a favore dello scetticismo verso la versione ufficiale riguarda “l’attraversamento delle micidiali fasce di Van Allen, in grado di friggere qualsiasi apparato radio (non parliamo dei corpi degli astronauti)”. Anche in questo caso non occorre molto sforzo per confutare la tesi: basta infatti una buona schermatura e una scelta adeguata della traiettoria di lancio per risolvere il problema, come peraltro dimostrano tutti i satelliti e le sonde che hanno viaggiato oltre le fasce di Van Allen e sono ancora in perfetta forma. In proposito, c’è un bell’approfondimento su Medium.

Infine, viene richiamato il caso del rifiuto da parte degli astronauti dell’Apollo 11 di giurare sulla Bibbia davanti a un noto complottista dell’allunaggio, il regista Bart Sibrel. Già la descrizione del fatto basta a spiegare il perché del rifiuto, ma in ogni caso (come fa notare anche in questo caso Attivissimo) altri membri degli equipaggi della missione Apollo hanno accettato di giurare, come Ed Mitchell, Gene Cernan e Alan Bean. Fino a prova contraria, poi, rifiutarsi di stare al gioco dei complottisti non rappresenta una prova a favore del complotto. Per non parlare del valore squisitamente scientifico e oggettivo del test del giuramento su testo sacro.

E se alla fine fosse solo una pubblicità?

Dato che stiamo giocando con i complottismi, proviamo a divertirci un po’ anche qui su Wired. Tanto per parlare di coincidenze, nell’articolo di Ivo Mej viene citato per 3 volte il documentario American Moon del fotografo e regista Massimo Mazzucco, peraltro noto sostenitore di diverse teorie del complotto. Quello stesso film viene definito dal giornalista “incredibile” (a quanto pare con il significato di prodigioso, e non con quello più calzante e letterale di inverosimile), viene richiamato nel secondo e nell’ultimo paragrafo dell’articolo, segnalando in chiusura anche il giorno e il luogo della prossima proiezione del film in Italia.

Difficile valutare quanto la trasmissione al grande pubblico del documentario abbia svolto il ruolo di pretesto per poter scrivere dell’allunaggio, e quanto invece i complottismi siano stati sfruttati – se non per fare clickbaiting – per parlare dell’evento cinematografico in programma e, implicitamente, promuoverlo. Quel che è certo è che i commenti sotto l’articolo de Il Fatto quotidiano sono già diventati più di 700, di cui alcuni piuttosto divertenti.





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Il collasso diretto dei buchi neri supermassicci

Questi oggetti estremi del cosmo erano presenti già nell’epoca primordiale dell’universo: per spiegarne l’origine, un nuovo modello prevede che si siano formati con un processo molto rapido, e non dal collasso di stelle

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(Scott Woods, Western University)

Non c’è bisogno di una stella che collassa per avere un buco nero supermassiccio. E questo spiega perché questo tipo di oggetti potevano essere presenti anche nell’epoca primordiale dell’universo. Lo afferma un nuovo studio pubblicato sulle “Astrophysical Journal Letters” da Shantanu Basu e Arpan Das della University of Western Ontario, in Canada.

I buchi neri supermassicci sono una tipologia di buchi neri caratterizzata da una massa molto elevata, che arriva a milioni o miliardi di volte la massa del Sole. Malgrado le loro caratteristiche estreme però non sono oggetti rari: si stima che ogni galassia o quasi ospiti nel proprio nucleo un buco nero supermassiccio.

Sulla loro origine non c’è accordo tra gli astrofisici. Una prima ipotesi è che derivino dall’accrescimento di buchi neri di dimensioni normali, che a loro volta sono l’esito ultimo del collasso di stelle giunte al termine del loro ciclo vitale. Quando infatti le reazioni di fusione nucleare all’interno della stella hanno trasformato quasi tutto l’idrogeno in elio, la pressione di radiazione verso l’esterno non è più in grado di contrastare la forza gravitazionale che agisce in senso opposto, e tutta la massa tende a concentrarsi nel nucleo.

Altre ipotesi prevedono invece che i buchi neri supermassicci si formino in seguito al collasso di particolari tipologie di stelle o di ammassi stellari.

Nell’ultimo decennio il panorama delle conoscenze su questo argomento si è arricchito di numerose osservazioni di buchi neri supermassicci estremamente lontani, che ci appaiono quindi com’erano poche centinaia di milioni di anni dopo l’origine dell’universo. Ciò depone a favore di una formazione molto rapida e diretta di questi oggetti.

Tenuto conto di questi dati, Basu e Das propongono ora nuovo modello di formazione dei buchi neri supermassicci basato su un’idea di base molto semplice: la loro origine è un collasso molto rapido.

“I buchi neri supermassicci hanno avuto solo un periodo di tempo breve per formarsi e crescere, e a un certo punto la loro produzione nell’universo è cessata”, ha spiegato Basu. “È questo lo scenario del collasso diretto”.

Le simulazioni al computer dei due autori mostrano che le osservazioni e i dati sperimentali dei buchi neri supermassicci già presenti in un’epoca primordiale dell’universo sono compatibili con un accrescimento esponenziale del buco nero, che inizia la sua vita con una massa compresa tra 10.000 e 100.000 masse solari.





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Andromeda: rilevata l’onda anomala della Galassia

Un nuovo studio, frutto di una collaborazione internazionale guidata dalla Sapienza, ha evidenziato un’emissione anomala nelle microonde proveniente dalla galassia di Andromeda attraverso osservazioni astrofisiche effettuate con il Sardinia Radio Telescope. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal Letter

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Composizione dell' immagine ottica della galassia di Andromeda ottenuta dalla Digitalized Sky Syrvey con l'immagine nelle onde radio a 6.7 GHz osservata con il Sardinia Radio Telescope (toni di rosso). E' ben visibile un anello di emissione radio associato al disco di Andromeda e numerose sorgenti puntiformi sullo sfondo riconducibili a lontane galassie
Un nuovo studio, frutto di una collaborazione internazionale guidata dalla Sapienza, ha scoperto un’emissione anomala nelle microonde proveniente dalla Galassia di Andromeda grazie a osservazioni astrofisiche effettuate con il radio telescopio di 64 metri Sardinia Radio Telescope (SRT), una nuova eccellenza mondiale per la radio astronomia gestita dall’Istituto Nazionale di Astrofisica.

La galassia di Andromeda è la più grande del gruppo locale, un aggregato di oltre 70 galassie a cui appartiene anche la nostra Via Lattea. Molto ben studiata nelle bande dello spettro elettromagnetico, Andromeda tuttavia non era mai stata indagata approfonditamente in quella delle microonde.

A far luce su questo aspetto è un team internazionale a cui hanno partecipato il Dipartimento di Fsica della Sapienza, l’Osservatorio astronomico di Cagliari (Inaf), l’Instituto de Astrofisica de Canarias (Spagna), la University of British Columbia (Canada), il California Institute of Technology (USA) e l’Istituto di Radio astronomia di Bologna (Inaf). Il lavoro, pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal Letter, ha effettuato una mappatura completa della galassia di Andromeda nelle microonde, alla lunghezza d’onda di 4,5 cm e alla frequenza di 6,7 GHz.

Si è osservato che, oltre alle emissioni classiche legate alle interazioni tra il materiale interstellare e il campo magnetico di Andromeda, la Galassia presenta “un’onda anomala” in eccesso che non è spiegabile se non con nuovi meccanismi di radiazione. I modelli più accreditati per tale emissione sono legati alla rapida rotazione di piccoli grani di polvere interstellare (Spinning Dust).

“Già nel 2015 il satellite Planck aveva intravisto questo tipo di emissione con una bassa significatività statistica – spiega Elia Battistelli del Dipartimento di Fisica della Sapienza e coordinatore del progetto – ma ora si ha la certezza che una radiazione del genere sia effettivamente presente nella emissione globale della galassia di Andromeda”.
“Date le dimensioni di Andromeda – spiega Matteo Murgia dell’Inaf – osservare la galassia con il necessario livello di dettaglio è molto difficile ma, grazie alle caratteristiche del Sardinia Radio Telescope, è stato possibile realizzare immagini di svariati gradi quadrati garantendo adeguata sensibilità e risoluzione angolare.”

Questi risultati, che consentono per la prima volta di osservare Andromeda nella sua interezza e di analizzare effetti finora studiati solo nella nostra Galassia, permetteranno di acquisire maggiori informazioni sulla formazione stellare di Andromeda, sul suo campo magnetico e sulla possibilità che siano presenti emissioni laser nelle microonde causate dalla presenza di molecole dell’acqua.





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