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Un team di ricercatori delll’Università di Berkley ha costruito il radioricevitore più piccolo della storia a partire da un nanotubo di carbonio lungo 700 nanometri (milionesimi di millimetro) e 10.000 volte più sottile di un capello. Il nanotubo, situato tra due elettrodi, svolge le funzioni di tutte le principali componenti elettriche di una radio, comprese quelle di sintonizzatore e amplificatore. Agisce sulla sintonia attraverso un segnale radio e produce audio tramite una cassa esterna.
Tutto in uno
Il nanotubo radio, quindi, funziona in modo diverso rispetto a una radio tradizionale. Le radio tradizionali si compongono di quattro parti funzionali fondamentali: un’antenna, un sintonizzatore, un amplificatore e un demodulatore. Le onde radio che si riversano su un’antenna generano corrente elettrica a varie frequenze. Quando si seleziona una stazione, il sintonizzatore filtra tutte le frequenze tranne una. I transistor amplificano il segnale, mentre il demodulatore, generalmente un rettificatore o un diodo, separa i dati che sono stati codificati su un “trasmettitore” a onda elettromagnetica.
“Finora eravamo riusciti a costruire solo i singoli componenti della radio” dice Alex Zettl, fisico di Berkeley, “come diodi, transistor e rettificatori, ma non sapevamo come integrarli in un unico strumento. La soluzione trovata è semplice: un nanotubo è già una radio completa, perché può funzionare come antenna, sintonizzatore, amplificatore e demodulatore“.
Il team di Zettl ha usato un singolo nanotubo di carbonio per svolgere tutte queste funzioni. Scoprire che tutto poteva essere incorporato nello stesso nanotubo è stata una rivelazione”.
Come funziona
Una differenza di potenziale fra due elettrodi vicini al nanotubo carica la sua punta di elettricità negativa, rendendola sensibile a oscillazioni come le onde radio: in loro presenza il nanotubo vibra e si sintonizza con la radiofrequenza identica a quella delle sue vibrazioni, fungendo da sintonizzatore.
Il nanotubo viene ottenuto a partire da una superficie di tungsteno, che funge da elettrodo negativo. L’estremità del nanotubo al carbonio è caricata negativamente. Tra il nanotubo e l’elettrodo positivo di rame c’è un vuoto. I ricercatori usano una batteria esterna per applicare un voltaggio tra i due elettrodi. Gli elettroni saltano dall’estremità negativa del nanotubo all’elettrodo positivo, creando una cosiddetta corrente a emissione di campo.
Il nanotubo non si comporta da antenna nel senso convenzionale del termine. Ciò vuol dire che, invece di catturare le onde elettromagnetiche elettricamente, le raccoglie in maniera meccanica. Ciò dipende dalla frequenza di risonanza naturale del nanotubo. Appena incontra delle onde radio che corrispondono a tale frequenza, il nanotubo inizia a vibrare all’unisono con le onde, sintonizzandosi su quel segnale radio. Le vibrazioni del nanotubo alterano la corrente a emissione di campo, e le vibrazioni meccaniche vengono convertite in un segnale elettrico. Una batteria esterna alimenta la corrente a emissione di campo e amplifica il segnale radio. L’emissione di campo è per sua natura asimmetrica e permette alla corrente di fluire in una sola direzione, allo stesso modo dei diodi e rettificatori impiegati nei demodulatori. Quindi il nanotubo funge anche da demodulatore e registra la musica codificata sull’onda trasmittente.
Per sintonizzare una stazione diversa, i ricercatori cambiano la frequenza di risonanza del nanotubo, variando il voltaggio applicato tra gli elettrodi. “È come accordare una chitarra”, spiega Zettl. “Il campo elettrico tende il nanotubo”. Con un singolo nanotubo, gli esperti riescono a coprire l’intera banda radio Fm: basta, quindi, agire sui due elettrodi per sottrarre cariche elettriche negative dalla punta del nanotubo, rendendolo capace di vibrare con varie frequenze e di captare più di una “stazione”.
Vediamo la radio in azione
Si ode qualche crepitio, ma la colonna sonora di Guerre stellari si distingue chiaramente nella registrazione effettuata dai ricercatori dell’Università della California. Se volete vedere la nanoradio in funzione, ecco qualche video realizzato dal team di ricerca:
- Good Vibration dei Beach Boys
- Largo dall’opera Xerxes di Handel (è il primo brano mai trasmesso via radio)
- Layla di Eric Clapton
- La musica dei titoli di testa di Star Wars
Su Youtube, invece, potete dare un’occhiata al laboratorio di ricerca e tutti i vari strumenti usati per una dimostrazione dal vivo della nanoradio:
Mentre qui possiamo vedere un breve servizio della TLN a riguardo:
Applicazioni future
Se qualcuno ancora non riesce ad immaginare le possibili utilità di una simile applicazione visto che il modulo è microscopico e quindi impossibile da maneggiare per i “noi comuni mortali”, c’è, invece, chi azzarda immaginando che, in un ipotetico futuro, qualcuno costruirà una nuova e rivoluzionaria versione di iPod, il Nanopod.
Più realisticamente, però, è facile immaginare che la nanoradio, potrà magari essere inserita nel canale uditivo di una persona che sente poco per poter amplificare i suoni, oppure, all’interno di una cellula, agire da terminale di raccolta di informazioni coordinato da impulsi radio. Per fare ciò, però, il nanotubo radio dovrebbe agire anche da trasmittente. Al momento è configurato solo come ricevente ma, precisa Zettl, “la stessa struttura fisica può funzionare anche come trasmettitore”.
Ecco, quindi, una dimostrazione affascinante del fatto che dispositivi elementari possono essere impiegati nei nostri strumenti quotidiani!
Antonio continua a stupire XD Meglio di Focus 😛 Chi avrebbe mai pensato che i “nani” sarebbero diventati così importanti! =P
@Ciccio: Come si dice… nelle botti piccole c’è il vino buono 😛
Cmq troppo lusinghieri i tuoi apprezzamenti. 😉
Ciao
Eh beh però… lo penso da tempo anch’io.
Prima o poi Focus ti farà causa, vedrai! 😉
Ciao,
Emanuele
@Emanuele: e se mi assumessero come freelance? 😉
Prima di tutti complimenti perché i tuoi articoli mi interessano davvero tanto. Tornando in tema penso che la nanotecnologia stia davvero rivoluzionando il nostro modo di vedere le cose, se molti anni fa il transistor prese il posto delle valvole, oggi saranno apparati come questi a prendere il posto dei transistor!
@DnaX: grazie per i tuo complimenti… mi fanno sempre piacere 🙂
Personalmente la nanotecnologia mi ha sempre affascinato… e credo che da qui a 10 anni assisteremo ad una vera e propria rivoluzione in tal campo che arriverà, anche se in maniera trasparente, a toccare anche la nostra vita di tutti i giorni apportando benefici non indifferenti.