La radio più piccola del mondo

Di nanotecnologie si parla molto, ma solo in alcuni casi è possibile toccare con mano le invenzioni che queste discipline ci regalano.

 

Se visitate il sito in calce all’articolo potrete vedere e ascoltare i risultati di un nano-esperimento con sviluppi macroscopici. Sentirete le note di Layla (di Eric Clapton) ricevute da una radio che potete osservare soltanto con un microscopio elettronico.

Vedremo quale utilità pratica può avere un’invenzione come questa, ma prima cerchiamo di capire come funziona.

Una radio tradizionale (ridotta all’osso) ha quattro elementi, da collegare a un’altoparlante:

1) un’antenna che capta il segnale radio

2) un sintonizzatore che permette di selezionare una frequenza (facendovi scegliere un certo canale)

3) un amplificatore per aumentare la potenza del segnale

4) un demodulatore che separa l’informazione dalla portante

Alex Zettl, ricercatore dell’Università della California, si occupa di creare insieme al suo staff strumenti di dimensioni molecolari. Miniaturizzare una radio "essenziale" come quella descritta è stata una sfida intrigante per lui, portata a termine già nel 2007.

E’ partito osservando dei piccoli tubi - nanotubi - di carbonio, lunghi 500 nanometri e larghi 10. Si tratta di semplici strutture di atomi di carbonio disposti a formare un paletto.

Lo staff di Zettl ha preso uno di questi "paletti" e l’ha fissato a una base: ha subito notato che, se una molecola si poggia alla sua estremità libera, il nanotubo si mette in vibrazione.

Ha anche notato che molecole diverse fanno vibrare il sistema con frequenze diverse...alcune delle quali sono le frequenze normalmente utilizzate per le trasmissioni radio.

Perché non costruire quindi una radio di dimensioni microscopiche? Per farlo Zettl ha migliorato il sistema mettendo il nanotubo tra due elettrodi, uno dei quali è la base su cui poggia, l’altro è a poca distanza dall’altra estremità del tubo.

Ha poi sottoposto il sistema a una piccola tensione elettrica continua e l’ha messo “in ascolto”.

Come Zettl sperava, le onde radio trasmesse da una stazione mettono in vibrazione il nanotubo in sincronia con le onde stesse: in pratica il nanotubo fa da antenna.

Vibrando nel campo elettrico il tubo causa variazioni nella corrente tra i due elettrodi, la cosiddetta emissione di campo. L’emissione di campo funziona nel modo ideale per la nostra radio: una piccola onda in ingresso fa emettere al nanotubo una gran quantità di elettroni, che amplificano il segnale: anche il secondo elemento, l’amplificatore, è pronto.

La corrente prodotta inoltre ha la caratteristica di ignorare la portante e di modularsi solo sul segnale informativo: il sistema a nanotubo, senza aggiungere circuiti di rettifica, demodula il segnale.

Manca solo un elemento: il sintonizzatore. Come possiamo scegliere quale canale ascoltare con la nostra nanoradio? Zettl ha dimostrato che è sufficiente variare la tensione elettrica a cui è sottoposto il sistema.

In poche parole il nanotubo coi due elettrodi alimentati fa da solo da antenna, demodulatore, amplificatore e sintonizzatore! Basta collegarlo a un altoparlante per ascoltare ciò che trovate al link www.SciAm.com/nanoradio .

Ma torniamo al primo quesito: cosa me ne faccio di una radio così piccola?

L’utilità di svago che abbiamo descritto è la meno importante e Zettl e colleghi hanno già pensato a importanti usi in campo medico. Ad esempio, nel trattamento dei tumori.

Pensate di poter iniettare a un paziente delle capsule contenenti sostanze che sarà possibile liberare (radiocontrollandole col nostro nanotubo) solo quando la cura è in prossimità di cellule tumorali, limitando intossicazione e danni al resto dell’organismo.

Oppure immaginate robot grandi come insetti che sarebbe possibile inviare a verificare la presenza di gas nocivi in una miniera crollata, per poi comunicare la situazione via radio (nanoradio) alle squadre di Salvataggio.

Esperti in ogni settore potranno proporre nuovi usi di uno strumento microscopico ma dalle enormi potenzialità.

 

Fonti:

 Scientific American, marzo 2009.

 Per vedere e ascoltare i risultati dell’esperimento: http://www.physics.berkeley.edu/research/zettl/projects/nanoradio/radio.html