Tecnologia

I micro e i nanorobot sono efficaci nella navigazione nelle aree complesse e spesso inaccessibili del corpo umano, offrendo un immenso potenziale per applicazioni quali la diagnosi di malattie, la somministrazione di farmaci di precisione, la disintossicazione e la chirurgia minimamente invasiva. Nonostante le promesse, l’implementazione pratica deve affrontare ostacoli, tra cui il raggiungimento di una propulsione stabile in ambienti biologici complessi in vivo, l’imaging e la localizzazione in tempo reale attraverso i tessuti profondi e un controllo remoto preciso per una terapia mirata e la garanzia di un’elevata efficacia terapeutica.

La filtrazione è essenziale per una vita moderna e sana e per molti processi industriali. Nella progettazione del filtro, permeabilità e selettività sono entrambe desiderabili e vengono selezionate in seguito ad analisi di compromesso. L'apparato di filtraggio dei raggi mobula assomiglia ai filtri incrociati industriali ma funziona con un regime di parametri diverso. I filtratori sono ovunque nel mondo animale, dai minuscoli crostacei e alcuni tipi di coralli e krill, a vari molluschi, cirripedi e persino enormi squali elefante e misticeti.

In un nuovo studio pubblicato in Energy and Environmental Science (1), l'Advanced Technology Institute (ATI) del Surrey spiega in dettaglio come, insieme ai propri collaboratori, sono stati in grado di produrre celle solari in perovskite piombo-stagno che raggiungono un'efficienza di conversione di potenza (PCE) superiore al 23%, uno dei migliori risultati ottenuti con questo materiale e, cosa importante, una strategia di progettazione che migliora la durata di questi dispositivi del 66%. PCE si riferisce alla quantità di luce solare che una cella può convertire in elettricità utilizzabile.

La stampa digitale sul cuoio capelluto di sensori progettati su misura, simili a tatuaggi temporanei, rappresenta un progresso rivoluzionario nelle tecnologie non invasive di monitoraggio del cervello, facendo avanzare i campi delle neuroscienze, della diagnostica clinica e delle interfacce cervello-computer. I tradizionali sistemi di elettroencefalografia (electroencephalography - EEG) prevedono il posizionamento manuale degli elettrodi, che richiede molto tempo, con l'impiego di gel liquidi conduttivi e cavi ingombranti, che tendono a deteriorarsi compromettendo il segnale durante l'uso prolungato.

I recenti progressi nelle lenti metasuperficiali (metalenses) hanno mostrato un grande potenziale per aprire una nuova era nelle applicazioni compatte di imaging, fotografia, rilevamento della luce e misurazione della distanza (LiDAR) e realtà virtuale/realtà aumentata. Tuttavia, il compromesso fondamentale tra efficienza di focalizzazione della banda larga e larghezza di banda operativa limita le prestazioni dei metalenses a banda larga, determinando aberrazione cromatica, aberrazione angolare e un'efficienza relativamente bassa.

Gli idrogel, noti per la loro somiglianza meccanica e chimica con i tessuti biologici, sono ampiamente utilizzati nelle biotecnologie, mentre i semiconduttori forniscono funzionalità elettroniche e optoelettroniche avanzate come l'amplificazione del segnale, il rilevamento e la fotomodulazione. La combinazione delle proprietà dei semiconduttori con la progettazione di idrogel può migliorare le funzioni biointerattive e l'intimità nelle biointerfacce, ma ciò è impegnativo a causa della bassa idrofilicità dei semiconduttori polimerici.

I controlli senza elettronica sono recentemente emersi come uno degli argomenti principali della robotica morbida. Tuttavia, i circuiti fluidici privi di elettronica mancano ancora di controllabilità e riconfigurabilità per ottenere funzioni diverse. Imitando il funzionamento di alcune parti del corpo umano, i ricercatori del King's College di Londra hanno trasmesso una serie di comandi a dispositivi dotati di un nuovo tipo di circuito compatto, utilizzando le variazioni di pressione di un fluido al suo interno.

Nonostante più di 40 anni di sviluppo, rimane difficile per il calcolo logico ottico supportare più di quattro operandi perché l’elevato parallelismo della luce non è stato completamente sfruttato nei metodi attuali che sono limitati da una non linearità ottica inefficiente e da una modulazione di ingresso ridondante. I ricercatori cercano da tempo di sfruttare la potenza della luce per l’informatica, con l’obiettivo di raggiungere velocità più elevate e un consumo energetico inferiore rispetto ai sistemi elettronici tradizionali.

Circa due miliardi di persone in tutto il mondo non hanno accesso all’acqua potabile pulita, con un impatto negativo sulla sicurezza nazionale, sull’igiene e sull’agricoltura. La raccolta dell'acqua atmosferica (Atmospheric water harvesting - AWH) è la conversione dell'umidità ambientale in acqua pulita; tuttavia, la deumidificazione convenzionale è ad alta intensità energetica. Il miglioramento dell'AWH può essere ottenuto con il raffreddamento elastocalorico, utilizzando materiali sensibili alla temperatura nella termoregolazione attiva.

I sensori tattili morbidi che emettono segnali fluidici hanno molte potenziali applicazioni nei dispositivi microfluidici morbidi e nei robot morbidi. Tuttavia, i sistemi esistenti sono limitati a uno o pochi sensori in parallelo, quindi non sono paragonabili ai touchpad elettrici resistivi e capacitivi all'avanguardia, in grado di rilevare ricche informazioni tattili, tra cui la posizione del tocco, la pressione, area e anche più tocchi simultanei. I ricercatori della Tampere University hanno sviluppato il primo touchpad morbido al mondo in grado di rilevare la forza, l’area e la posizione del contatto senza elettricità.