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Introduzione

Questo articolo affronta il tema delle nanotecnologie, soffermandosi sulle nanostrutture e sulle loro possibili applicazioni future, sicuramente in grado di condizionare la nostra vita.

Un giorno saremo forse in grado di volare senza avere ali o l’ausilio di un qualsiasi meccanismo; probabilmente quel giorno riusciremo a raggiungere la Luna tramite un ascensore spaziale. Immaginiamo che il nostro corpo un giorno riuscirà a prendersi cura di se stesso per prevenire qualunque tipo di malattia, dalle più semplici alle più rare. Tutto ciò potrà essere possibile grazie all’uso delle nanotecnologie. Immaginiamo che tutto sarà diverso da ora.

Strumenti

Abbiamo lavorato consultando diversi siti web, libri e articoli. Grazie alla collaborazione con la Facoltà di Ingegneria Chimica e di Scienze Ambientali Gh. Asachi di Iaşi abbiamo avuto accesso a Science Direct, sito web di divulgazione scientifica; in Italia abbiamo avuto l’opportunità di visitare il Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Catania, dove alcuni ricercatori ci hanno mostrato le loro modalità di lavoro, i loro strumenti di ricerca e diversi esperimenti

Cosa sono le Nanotecnologie

Nel 1965 Richard Feynman, ricevendo il Premio Nobel per la Fisica per il suo fondamentale lavoro in elettrodinamica quantistica, ebbe una brillante idea che portò ad una nuova era nel mondo della fisica (Fig.1). Egli pronunciò la frase che poteva descrivere perfettamente il modo in cui gli scienziati del tempo guardavano al mondo intorno a loro, fermandosi al livello macroscopico: There is plenty of room at the bottom (C’è molto spazio in fondo alla materia). Stava parlando dei nanomateriali. Grazie alla sua intuizione oggi ci sono molti scienziati che lavorano su questo tema, programmando il futuro delle scienze che cambieranno il nostro stile di vita.

Innanzitutto, dobbiamo dire che la nanotecnologia è la scienza che interessa tutto ciò che è ridotto alla nanoscala. Per coloro che non se ne intendono, un nanometro equivale a 10-9m. Sappiamo che tutto ciò che è ridotto alla nanoscala cambia le proprie caratteristiche, sia nel colore che nella temperatura di fusione. Ci sono tre principali tipi di nanostrutture: Nanoparticelle(0D), Nanotubi(1D) e Multilayers(2D) (Fig.2).

Dunque, per le loro proprietà le nanostrutture entrano in dricerche di ambito diverso.

Le nanotecnologie saranno adoperabili in diversi settori industriali, le loro possibilità non conoscono limiti. Per questa ragione, gli studiosi stanno provando a trovare nuove applicazioni per i nanomateriali.

Nanotecnologie in Medicina

Il Professore di Bioingegneria Todd Coleman e l’Ingegnere John A. Rogers hanno portato avanti una ricerca che si è conclusa con l’elaborazione di un particolare nanochip chiamato EES (epidermal electronic system). Questo dispositivo potrebbe essere in grado di monitorare i segni vitali del nostro corpo e di indirizzare le informazioni assimilate direttamente al nostro telefono o al medico curante. EES sarà in grado di identificare eventuali malfunzionamenti dei nostri organi, muscoli strappati, ossa fratturate o articolazioni in posizione innaturale (Fig.3).

Un’altra rilevante ricerca è quella che interessa particolari polimeri coinvolti nel trasporto di specifici medicinali. La loro manipolazione può portare ad una più precisa localizzazione dei farmaci, garantendone dunque una maggiore efficacia.

In futuro potremo essere in grado di guarire le nostre ferite velocemente grazie a nuovi sistemi: si tratta di un particolare principio (aluminosilicate) che potrebbe essere inserito in specifiche bende. Per quanto riguarda le ossa fratturate si stanno portando avanti degli studi che prevedono l’uso di nanotubi per la ricostruzione artificiale, totale o parziale, delle ossa.

Grazie alle nanotecnologie potremo vistosamente velocizzare gli studi inerenti i vaccini. Infatti, per le ridotte dimensioni delle nanoparticelle, sarà possibile creare centinaia di vaccini destinati alla sperimentazione. Quest’ultima sarà notevolmente accelerata poiché, una volta iniettati i vaccini nelle cavie, si potrà vedere se tra questi ne è presente uno efficace; in caso positivo si andrà avanti dividendo in due sottogruppi i vaccini ed identificando, tramite lo stesso processo, in quale gruppo si trovi quello efficace, fino a rintracciarlo.

Purtroppo gli studi concernenti la nanomedicina sono rallentati dagli eventuali effetti collaterali che potrebbero provocare sul nostro organismo. Tutto ha dunque bisogno di essere accuratamente testato prima di essere commercializzato.

Nanotecnologie nella prevenzione del crimine

In futuro potremo avere accesso a particolari dispositivi da adoperare per la prevenzione del crimine. Per esempio, i nano-trackers potrebbero essere inseriti nei prigionieri per evitare che questi tentino di evadere. I nano-trackers potrebbero essere adoperati anche per marcare i prodotti di un negozio, al fine di rimpiazzare gli attuali codici a barre. Per quanto riguarda la sorveglianza, in futuro saranno create telecamere sempre più piccole (nanocams) (Fig. 4).

Nanotecnologia nell’industria bellica

Con le nuove nanoparticelle l’intelligenza umana sarà in grado di creare armi con incredibili proprietà: per esempio le nanoparticelle saranno in grado di penetrare non solo nei computer ma anche nel corpo umano.

Questa applicazione potrebbe anche essere usata per leggere nella mente di qualcuno e per manipolarla (Fig.5).

È stata sperimentata una nuova modalità di creazione di corazze militari a base di nanotubi. Al momento le nostre Forze dell’Ordine indossano solamente pesanti protezioni; in futuro potrebbero esserci protezioni centinaia di volte più resistenti e sei volte più leggere.

Questo potrebbe garantire una maggiore protezione e, nello stesso tempo, una maggiore facilità di uso.

Infine, le nanotecnologie saranno adoperate nell’ideazione e nella produzione di armi con conseguenze non sempre positive.

Da un canto sarà possibile evitare disastri nelle centrali nucleari, dall’altro alcune persone potrebbero approfittarne per creare armi nucleari per la distruzione di massa.

Nanotecnologie nell’industria tessile

Un giorno saremo in grado di produrre tessuti resistenti all’acqua e al fuoco.

Ciò sarà possibile perché, una volta ridotte alla nanoscala, le fibre tessili saranno disposte in maniera da impedire il passaggio delle molecole d’acqua, ormai troppo grandi.

Nanotecnologie ed energia

Come in natura gli alberi sono in grado di estrarre atomi dal suolo, dall’acqua e dal sole per creare qualcosa di nuovo, un giorno, grazie alle nanotecnologie, anche noi riusciremo ad estrarre atomi da materiali comuni presenti nell’atmosfera, al fine di produrre energia.

Yi Cui, ingegnere alla Stanford University, sta portando avanti una ricerca sulla possibilità dei materiali di immagazzinare e condurre energia elettrica; uno dei primi risultati è stato la scoperta di un nuovo tipo di materiale in grado di immagazzinare una quantità d’energia pari a dieci volte una comune batteria. La tecnica usata è chiamata e-Textile e si basa su un tessuto poroso destinato a creare dai più lussuosi ai più comuni capi d’abbigliamento. Questo progetto è ancora in via di sviluppo ma potrebbe dare vita a una vasta gamma di prodotti innovativi. Ad esempio, un giorno saremo in grado di ricaricare i nostri cellulari semplicemente mettendoli in tasca. Un altro aspetto positivo di questa invenzione è il risparmio di tutti i materiali necessari per la creazione delle tradizionali batterie al litio.

Nanotecnologie nell’industria petrolifera

Le nanotecnologie saranno in grado di agevolare il lavoro dell’uomo nell’ambito delle estrazioni e delle raffinazioni petrolifere.

Sono state scoperte particolari nanostrutture di nome nanocoatings, che hanno straordinarie proprietà. Vediamo le principali:

• Lo spray anti-usura per gli ingranaggi incrementerà la resistenza delle parti mobili;
• I nanovar incrementeranno la durezza, la forza e la resistenza termica, principali requisiti della strumentazione destinata all’estrazione del petrolio;
• Coperture anti-corrosive permetteranno ad un oggetto di resistere agli agenti atmosferici.

Sappiamo che una delle maggiori difficoltà che le compagnie petrolifere si trovano a fronteggiare è la presenza, all’interno del petrolio, di sostanze invasive come gas, metalli e acqua. Anche in questo caso possiamo trovare una concreta soluzione grazie alle nanotecnologie.

Al fine di facilitare il ritrovamento di riserve petrolifere sotterranee, la Rice University sta elaborando i “nanoreporters”. Queste nanostruturre si compongono di centinaia di milioni di atomi di carbonio.

Ogni reporter ha una dimensione approssimativamente 30.000 volte più piccola di un capello umano. I nanoreporters sono disegnati in maniera tale da reagire in caso di un incontro con i diversi elementi, cambiando dunque caratteristiche fisiche. Infine, i nanoreporters sono in grado di riferire le caratteristiche dei materiali con cui reagiscono. Ciò potrebbe notevolmente semplificare il lavoro delle compagnie petrolifere (Fig. 6).

Nanotecnologia nelle attrezzature sportive

Le nanotecnologie potrebbero inoltre essere adoperate nell’ambito dello sport.

Ad esempio, da parte della compagnia “Nanodynamics” sono stati ottenuti rilevanti risultati per quanto riguarda le palline da golf, incrementando il trasferimento d’energia dalla mazza alla pallina. Si sta anche modificando il peso della pallina rendendola più leggera, in modo tale da evitare la sua rotazione nei lanci lunghi (Fig. 7).

Conclusione

Secondo noi le nanotecnolgie rivoluzioneranno diversi campi scientifici, migliorando la salute e magari aumentando la longevità. Esse probabilmente ci aiuteranno a rendere più semplice i lavori di tutti i giorni. Aiuteranno l’essere umano a realizzare i propri sogni, come conquistare il vasto, oscuro e sconosciuto universo. Da un altro canto qualcuno potrebbe manipolare la potenza delle nanotecnologie al fine di contrastare o dominare altri esseri umani. Dovremo comunque momentaneamente mettere da parte le imprevedibili conseguenze delle nanotecnologie e implementare la ricerca superando i limiti e le ambiguità che hanno caratterizzato il secolo scorso. Dovremo assumercene la responsabilità e il rischio al fine di portare l’umanità al suo più alto livello di evoluzione tecnologica. Guardando indietro nel tempo possiamo accorgerci che non può esserci alcuna rivoluzione senza rischio. Come afferma il detto Senza rischio non c’è risultato.

Bibliography

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