Un QR code microscopico, inciso su film ceramici e leggibile solo al microscopio elettronico, stabilisce un record mondiale e rivoluziona l’archiviazione dati con soluzioni ultrastabili, ad alta densità e a consumo energetico zero
Un QR Code invisibile all’occhio umano: la nuova frontiera della micro‑tecnologia.
Quanto può essere piccolo un codice QR? Talmente piccolo da poter essere riconosciuto solo con un microscopio elettronico. Un gruppo di ricerca della TU Wien, in collaborazione con l’azienda di tecnologia per l’archiviazione dei dati Cerabyte, lo ha ora dimostrato concretamente. Il codice QR copre un’area di appena 1,98 micrometri quadrati - più piccolo della maggior parte dei batteri. Il record è stato ora verificato e inserito ufficialmente nel Guinness dei primati.
La tecnologia ha un enorme potenziale per l’archiviazione a lungo termine dei dati: i sistemi convenzionali di archiviazione magnetica o elettronica spesso hanno una durata di vita di soli pochi anni. Ma se l’informazione viene scritta bit per bit in materiali ceramici, può durare per secoli o persino millenni.
Più piccolo possibile - e il più stabile possibile
«La struttura che abbiamo creato qui è così fine che non può essere vista affatto con i microscopi ottici», afferma il professor Paul Heinz Mayrhofer (1) dell’Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali della TU Wien. «Ma questo non è nemmeno l’aspetto davvero notevole. Le strutture su scala micrometrica oggi non sono nulla di insolito - è persino possibile fabbricare motivi costituiti da singoli atomi. Tuttavia, questo da solo non produce un codice stabile e leggibile».
I singoli atomi possono diffondere, spostarsi in altre posizioni, riempire vuoti - e l’informazione memorizzata va perduta. «Ciò che abbiamo fatto è qualcosa di fondamentalmente diverso», spiega Mayrhofer. «Abbiamo creato un codice QR minuscolo, ma stabile e leggibile ripetutamente».
Film ceramici sottili
Un fattore cruciale è la scelta del materiale giusto. «Conduciamo ricerche su sottili film ceramici, come quelli utilizzati per il rivestimento degli utensili da taglio ad alte prestazioni», spiegano il dottor Erwin Peck e Balint Hajas, che hanno avuto un ruolo chiave nel raggiungimento del record mondiale. «Per gli utensili ad alte prestazioni è essenziale che i materiali rimangano stabili e durevoli anche in condizioni estreme. Ed è esattamente questo che rende questi materiali ideali anche per l’archiviazione dei dati».
Utilizzando fasci ionici focalizzati, il team ha inciso il codice QR in un sottile strato ceramico. I singoli pixel misurano solo 49 nanometri - circa dieci volte più piccoli della lunghezza d’onda della luce visibile. Il codice è quindi completamente invisibile; i suoi dettagli non possono essere risolti affatto con la luce visibile - proprio come è fondamentalmente impossibile percepire i caratteri Braille con la spessa suola del piede di un elefante. Ma quando esaminato con un microscopio elettronico, il codice QR può effettivamente essere letto in modo affidabile.
La densità di archiviazione di questo metodo è notevole: sulla superficie di un singolo foglio A4 si potrebbero memorizzare in questo modo più di 2 terabyte di dati - e, a differenza dei supporti di archiviazione convenzionali, tali supporti ceramici sono praticamente durevoli indefinitamente e non richiedono energia per preservare l’informazione memorizzata.
Archiviazione a lungo termine per l’era dell’informazione
«Viviamo nell’era dell’informazione, eppure conserviamo la nostra conoscenza su supporti che sono sorprendentemente di breve durata», afferma il dottor Alexander Kirnbauer (2). I supporti di memorizzazione magnetici ed elettronici spesso perdono informazioni dopo appena pochi anni; senza un costante apporto di energia, raffreddamento e migrazione regolare dei dati, le tracce del nostro tempo svaniscono. Le civiltà precedenti incidevano il loro sapere nella pietra - e quei messaggi sono sopravvissuti per migliaia di anni.
«Con i supporti di archiviazione ceramici, stiamo perseguendo un approccio simile a quello delle culture antiche, le cui iscrizioni possiamo ancora leggere oggi», afferma Alexander Kirnbauer. «Scriviamo informazioni in materiali stabili e inerti che possono resistere al passare del tempo e rimanere pienamente accessibili alle generazioni future».
È inoltre fondamentale che questi dati rimangano intatti senza alcun apporto di energia e senza raffreddamento - a differenza dei data center odierni, che richiedono enormi quantità di energia elettrica e contribuiscono così in modo significativo alle emissioni globali di CO₂.
Ingresso nel Guinness dei primati
Il record mondiale - incluso il processo di lettura tramite microscopio elettronico - è stato realizzato congiuntamente dalla TU Wien e da Cerabyte alla presenza di testimoni ed è stato confermato dall’Università di Vienna come verificatore indipendente. La TU Wien non fornisce solo laboratori all’avanguardia per la scienza dei materiali, ma anche i microscopi elettronici ad alta tecnologia di USTEM, il centro di microscopia elettronica dell’università. Il record è stato ora esaminato e riconosciuto ufficialmente dal Guinness. Il nuovo codice QR misurato è solo il 37% della dimensione del precedente detentore del record mondiale.
«Il record mondiale ora confermato rappresenta solo l’inizio di uno sviluppo molto promettente», afferma Alexander Kirnbauer. «Ora puntiamo a utilizzare altri materiali, aumentare le velocità di scrittura e sviluppare processi di produzione scalabili affinché l’archiviazione dei dati su ceramica possa essere utilizzata non solo nei laboratori, ma anche nelle applicazioni industriali. Allo stesso tempo, stiamo studiando come strutture di dati più complesse - ben oltre i semplici codici QR - possano essere scritte in modo robusto, rapido ed energeticamente efficiente nei film sottili ceramici e lette in modo affidabile».
Questa ricerca apre quindi una via realistica verso un futuro dei dati più rispettoso del clima - uno in cui l’informazione può essere conservata in modo permanente, sicuro e con un consumo energetico minimo.
Riferimenti:
Descrizione foto: La squadra durante il riuscito tentativo di record mondiale. - Credit: TU Wien.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: World Record: The World’s Smallest QR Code