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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

Il Regno Unito ha coniato una moneta in memoria di Stephen Hawking

Sulla sfera di metallo appena entrata in circolazione è rappresentato un buco nero, per commemorare il grande astrofisico scomparso il 14 marzo 2018

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Il Regno Unito ha deciso di omaggiare Stephen Hawking, il grande astrofisico affetto da Sla e deceduto un anno fa, il 14 marzo 2018, con una moneta. La piccola sfera di metallo, del valore di 50 penny (60 centesimi di euro circa, al cambio attuale), è entrata in circolazione il 12 marzo e si distingue dalle altre monete britanniche perché su una delle sue facce sono rappresentati un’equazione e un buco nero, a rappresentare le grandi passioni del fisico. Edwina Ellis, la designer che si è occupata del progetto, ha detto: “Mi piace pensare che se l’avesse vista avrebbe riso di gusto”.

Non è la prima volta che il Regno Unito dedica una moneta a uno scienziato entrato nell’immaginario comune: in passato anche Isaac Newton e Charles Darwin hanno ricevuto lo stesso onore.

Stephen Hawking moneta

Chi è stato Stephen Hawking, a un anno dalla scomparsa
Hawking è stato uno dei più importanti cosmologi e fisici dell’età contemporanea. La sua fama, negli ambienti scientifici, è pari a quella di Albert Einstein e dei più grandi luminari della scienza.

A lui si devono due importanti scoperte sui buchi neri e la teoria cosmologica sull’inizio senza confini dell’universo, lo stato di Hartle-Hawking.

Hawking era conosciuto anche per la forza con la quale ha affrontato la Sla, diagnosticatagli quando aveva 21 anni. La progressiva degenerazione della malattia non gli ha infatti impedito di partecipare a numerosi convegni ed eventi pubblici, di comparire in un episodio della sesta stagione di Star Trek, in uno spot della Jaguar e, più in generale.

 





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Le bimbe cinesi geneticamente modificate potrebbero avere un cervello migliorato

Nuove prove sostengono che la modifica del dna operata dallo scienziato cinese He Jiankui per creare esseri umani immuni da hiv potrebbe aver migliorato la capacità di apprendimento e la memoria dei nuovi nati

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He Jiankui, lo scienziato cinese che l’anno scorso ha permesso la nascita dei primi bambini Crispr, voleva davvero trovare una risposta al problema dell’hiv o i suoi veri scopi erano altri? È quello che la comunità scientifica si è chiesta fin dal giorno dell’annuncio di He. E il sospetto si è fatto ancora più forte alla luce dei risultati di una ricerca appena pubblicata su Cell che porta nuove prove a sostegno dell’importante ruolo del gene Ccr5 (quello silenziato da He) nel cervello: le persone che ne sono naturalmente prive hanno migliori prestazioni scolastiche e i farmaci che lo spengono permettono a chi ha subito lesioni cerebrali di riprendersi meglio. Insomma, le bambine modificate con la tecnica Crisprpotrebbero avere abilità cognitive superiori alla media.

Ccr5 nel cervello
Che il gene Ccr5, oltre a essere la porta d’ingresso di hiv nelle cellule, avesse un ruolo importante anche nel cervello lo si sapeva fin dal 2016, quando Alcino J. Silva dell’Università della California – Los Angeles (Ucla) e Miou Zhou della Western University of Health Sciences in California dimostrarono che la sua eliminazione nei topi rendeva questi animali più intelligenti, migliorando la plasticità neuronale, l’apprendimento e la memoria.

Il nuovo studio del team di Thomas Carmichael della Ucla non solo conferma quel risultato, ma mostra anche come il silenziamento di Ccr5 con un farmaco già in uso nelle terapie per l’hiv dia benefici nei topi che hanno subito lesioni cerebrali (a seguito di un ictus per esempio): le connessioni cerebrali vengono preservatee anzi aumenta la comunicazione tra diverse aree del cervello.

La ricerca, inoltre, ha preso in esame anche68 persone che per natura hanno il gene Ccr5 inattivo, scoprendo che sono in grado di riprendersi più rapidamente e meglio da un ictus rispetto alla media della popolazione. I dati hanno mostrato che gli individui privi di Ccr5 , se colpiti da ictus, recuperano le capacità di movimento più in fretta e i deficit cognitivi sono più contenuti rispetto a quanto osservato in chi, invece, ha un Ccr5 funzionale.

Anche se le basi biologiche di questo fenomeno non sono note, i ricercatori ipotizzano che Ccr5 nel cervello serva come un segnale di stop, moderando la capacità dei neuroni di ricevere e trattenere i ricordi. Un ruolo importante appena dopo un ictus perché limita l’eccitabilità delle cellule nel tentativo di ridurre i danni. La sua attività, però, diventa controproducente nel periodo di recupero perché, frenando i neuroni, interferisce con la capacità del cervello di costruire nuove connessioni e riparare le lesioni.

Convinti di questa teoria, i ricercatori della Ucla stanno avviando una sperimentazione per somministrare ai pazienti il farmaco per silenziare Ccr5 5-7 giorni dopo l’infarto cerebrale, prolungando la terapia per circa tre mesi. La speranza è che il farmaco, usato in combinazione a un’adeguata terapia riabilitativa, migliori le chance di recuperoanche negli esseri umani.

Un cervello superiore
I farmaci che hanno come bersaglio molecolare Ccr5, dunque, possono costituire una svolta nel processo di recupero da una lesione al cervello. Ma, allargando il campo delle considerazioni, la nuova ricerca dimostra indirettamente che modificare in laboratorio questo gene in fase di sviluppo embrionale potrebbe voler dire creare esseri umani con capacità cognitive superiori. Ci sono dati infatti che supportano la tesi per cui le persone che possiedono almeno una copia inattiva del gene Ccr5 abbiano migliori risultati scolastici e maggiori probabilità di accedere a livelli di istruzione superiori.

Che fosse in realtà questo lo scopo dell’esperimento di He Jiankui e non quello di preservare i bambini dall’infezione da hiv? Non si tratta di complottismo, confida Silva alla rivista Mit Technology Review: in certi ambienti sia cinesi sia statunitensi esiste unmalsano interesse sulla possibilità di progettare bambini super-intelligenti. Lo scienziato cinese (che al momento è sotto inchiesta per il suo operato) ha ammesso di essere sempre stato a conoscenza di un possibile ruolo di Ccr5 nel cervello, ma che al tempo del suo esperimento non c’erano prove sufficienti e – dice – indipendentiperché lo considerasse un impedimento al suo intento.

Che si prenda per buona la versione di He oppure no, rimane una questione: se nemmeno la consapevolezza di non saperne abbastanza costituisce più una limitazione, cosa dovremmo aspettarci dal futuro?





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Nespoli docente di Biologia Spaziale per formare i futuri biomedici dello spazio

Il ciclo di lezioni, realizzato in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (Esa), spazierà dagli effetti del volo spaziale sul microbioma intestinale fino all’ibernazione come possibile contromisura alla durata della missione.

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L’astronauta Paolo Nespoli tra i docenti salirà in cattedra alla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, per tenere il primo corso di Biologia spaziale mai organizzato in Italia.
Il ciclo di lezioni, realizzato in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (Esa),punta a preparare nuovi esperti di biomedicina spaziale che lavoreranno alle future missioni umane di lunga durata, sviluppando tecnologie che possano aiutare la nostra salute anche sulla Terra.

Per avviare la colonizzazione umana dello spazio è necessario capire come contrastare gli effetti dannosi dei fattori ambientali avversi che accompagnano il volo dell’uomo nello spazio, come le radiazioni cosmiche e le differenze nei cicli tra luce e buio. Per questo la ricerca biomedica di base avrà un ruolo sempre più importante nello sviluppo di ambienti artificiali in cui gli esploratori spaziali potranno trovare risposte alle loro esigenze vitali e operative.

Affrontare questa enorme sfida ha già fruttato importanti innovazioni tecnologiche e biomediche che ci accompagnano nel quotidiano terrestre, migliorando la nostra vita e la nostra sicurezza: la sfida forse più importante sarà accettare che questo balzo in avanti tecnologico e scientifico non potrà essere che un’impresa collettiva e transnazionale“, afferma Debora Angeloni, responsabile scientifica del corso e ricercatrice in Biologia della Scuola Superiore Sant’Anna, che questo pomeriggio terrà la prima lezione sugli effetti scatenati dalla microgravità sulle cellule.

Il primo ciclo di cinque lezioni, che martedì 26 febbraio avrà come guest star Paolo Nespoli, sarà seguito da un secondo corso di approfondimento, articolato in dieci lezioni di tipo seminariale: gli argomenti, dagli effetti del volo spaziale sul microbioma intestinale e dalla protezione di vista e ossa, fino all’ibernazione come possibile contromisura alla durata della missione, saranno trattati da specialisti di levatura internazionale.





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4 star review  Da seguire !! Un analisi lucida e assolutamente razionale sui fatti scomodi alla chiesa che come sempre i media non hanno il coraggio di divulgare .

thumb Fabio Gabardi
1/03/2018

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