I pannelli fotovoltaici al carbonio che sfruttano gli infrarossi

dal sito: www.greenstyle.it

Tra le numerose tecnologie che si stanno sperimentando nel campo dell’energia fotovoltaica per aumentare l’efficienza dei pannelli solari (attualmente ferma intorno al 15% per i modelli commerciali) c’è anche quella che prevede l’uso del carbonio al posto del silicio. Alcuni scienziati americani del MIT, ad esempio, hanno pubblicato uno studio su Advanced Materials in cui fanno il punto sulle possibilità del carbonio di aumentare l’efficienza fotovoltaica delle celle.
Grazie all’adozione di nanotubi di carbonio, in particolare, è possibile captare parte dello spettro solare che sfugge normalmente alle normali celle fotovoltaiche in silicio. Si tratta delle frequenze vicine all’infrarosso, che l’occhio umano non vede e che i normali pannelli si limitano a riflettere.
Frequenze, però, che rappresentano una buona parte dello spettro (circa il 40% del totale) e che, anche se sfruttate con bassa efficienza, possono aggiungere potenza alle celle fotovoltaiche. Al momento gli scienziati del MIT riescono a convertire in energia solo lo 0,1% della luce vicina all’infrarosso, ma stanno già sperimentando tecniche produttive utili ad aumentare questa percentuale.

Tra l’altro i nanotubi di carbonio risultano trasparenti alle restanti frequenze dello spettro solare. In tal modo è possibile aggiungere uno strato in carbonio a una cella fotovoltaica tradizionale e sfruttare una quantità di luce superiore per produrre energia rinnovabile.

Controllare la chiralità con la radiazione

Un esperimento ha permesso di realizzare strutture nanoscopiche la cui chiralità può essere commutata rapidamente da levogira a destrogira e viceversa utilizzando una radiazione elettromagnetica a terahertz. Le applicazioni possibili vanno dai dispositivi biomedicali agli impianti di sicurezza, fino alle tecnologie per le telecomunicazioni  (red)

Da levogira a destrogira, e viceversa, in un baleno: un gruppo di ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti è riuscito a dimostrare la commutazione della chiralità di una molecola mediante un semplice fascio di radiazione. Il risultato, illustrato sulle pagine di “Nature Communications”, potrebbe aprire la strada a un'ampia gamma di applicazioni, dai dispositivi biomedicali agli impianti di sicurezza, per finire con le tecnologie per le telecomunicazioni.

La chiralità delle molecole, vale a dire la proprietà di avere un'immagine speculare ma non sovrapponibile, è di fondamentale importanza in molti processi chimici, poiché gli enantiomeri - le due forme simmetriche “allo specchio” di strutture chimiche identiche - non sono equivalenti dal punto di vista biochimico. Come si imparò, per esempio, a caro prezzo nel caso del talidomide, farmaco antiemetico in commercio alla fine degli anni cinquanta, che nella forma levogira produce gravi malformazioni al feto se assunto durante la gestazione. O come nel caso del limonene, una molecola presente nella buccia degli agrumi, in cui uno dei due enantiomeri profuma di limone mentre l'altro di arancia.

 L'insieme delle metamolecole chirali come si presentano al microscopio elettronico (Cortesia Xiang Zhang, et. al)

"Nel caso di molecole di origine naturale è possibile indurre la commutazione di chiralità ma il processo, che prevede cambiamenti strutturali a livello molecolare, è lento e avviene con una bassa probabilità”, ha spiegato Xiang Zhang, che ha partecipato alla ricerca. “Con le nostre molecole artificiali, abbiamo dimostrato la possibilità di una commutazione dinamica di estrema rapidità”.

Oggetto della ricerca erano "metamolecole" costruite a partire da placchette di oro di dimensioni

nanometriche in modo da produrre strutture chirali artificiali. Queste metamolecole erano state integrate in un mezzo di silicio fotoattivo. Una volta eccitate con un fascio di radiazione esterna, è stata osservata l'emissione di un fascio di radiazione di luce polarizzata circolarmente, indice dell'avvenuta commutazione da un enantiomero all'altro di queste strutture artificiali.

“Se si assemblano due strutture di chiralità opposta per formare una metamolecola, la simmetria speculare viene preservata, con il risultato della scomparsa della risposta ottica”, ha sottolineato Zhang. "In altre parole, le due risposte ottiche si annullano a vicenda”.

Particolare delle metamolecole chirali reattive alla radiazione: in viola, marrone e azzurro sono evidenziati i diversi strati di oro; in verde le parti in silicio (Cortesia Xiang Zhang, et. al)

Per ovviare al fenomeno, che può rendere vano qualunque tentativo di controllare la chiralita della molecola dall'esterno, sono stati inseriti elementi di silicio in entrambi gli enantiomeri, ma in differenti posizioni. Rompendo la simmetria speculare è stata così indotta una chiralità anche nella metamolecola conplessiva.

Un particolare importante è che la radiazione elettromagnetica utilizzata è nella regione di frequenze dei terahertz (mille miliardi di cicli al secondo) ovvero all'interno dell'intervallo di risonanza delle vibrazioni delle molecole: proprio questa caratteristiche la rende un mezzo non invasivo ideale per analizzare i costituenti chimici di materiali organici e inorganici.

Chirurgia cerebrale hi-tech E' l'ora dei lombrichi robot

dal sito: www.repubblica.it

NANOTECNOLOGIE

Tanti progetti interessanti, ma al BioRob 2012 della capitale protagonisti sono i microchip vermiformi capaci di entrare nel cervello senza creare traumi. Consentiranno di rimuovere i tumori nelle zone più profonde e delicate. La sperimentazione sull'uomo partirà fra 3-5 anni

Un prototipo di Minir 

ROMA - L'idea è un po' alla Matrix ma di fantascientifico non c'è nulla: i mini-robot simili a lombrichi, capaci di entrare nel cervello senza creare traumi e rimuovere tumori preclusi agli ormai sempre più obsoleti bisturi, esistono davvero. E funzionano alla perfezione. Tanto che, secondo i ricercatori dell'università del Maryland che li hanno realizzati, in pochi anni rivoluzioneranno del tutto il mondo della chirurgia cerebrale, salvando da morte certa migliaia di persone.

Finora i robot-vermiformi sono stati sperimentati solo su animali ma con ottimi risultati, dimostrandosi ad esempio molto efficaci col glioblastoma, una neoplasia che nel 50% dei casi porta alla morte del paziente, il 50% delle volte entro 6 mesi. La sperimentazione sull'uomo, garantisce il neurochirurgo Jean-Marc Simard, che ha guidato il progetto, dovrebbe partire fra tre, massimo cinque anni. Buone notizie, insomma.

La presentazione ufficiale di questo e di altri progetti destinati a far storia è avvenuta a Roma in occasione del BioRob 2012, il Congresso Mondiale che raduna ogni due anni i massimi esperti di bioingegneria al mondo (500 quelli presenti quest'anno), sotto l'egida dell'Università Campus Bio-Medico. Grande quanto una moneta da un quarto di dollaro, di forma vermiforme e dotato di grande flessibilità, il robot-lombrico è stato battezzato MINIR (Minimally-Invasive Neurosurgical Intracranial Robot) e la sua utilità è in duplice, perchè non solo è capace di asportare tumori situati in zone osticissime, ma con la sua attività mirata riduce al minimo il rischio di lesioni della parte sana della massa celebrale e quindi di danni motori, cognitivi e del linguaggio. "Grazie a un minuscolo foro praticato sul cranio - spiega Simard - MINIR può intervenire sulle profonde neoplasie del cervello senza danneggiare la parte sana. La sua elevata snodabilità e i supporti tubolari di cui è dotato gli agevolano notevolmente il movimento all'interno dell'organo".

Simard, neurochirurgo specializzato nel trattamento di tumori cerebrali mediante tecniche di microchirurgia robot-assistita e professore all'università del Maryland, ha sviluppato questo gioiello di nanotecnologia grazie ai fondi statali del Nationale Istitutes of Health (Nih), sperimentandolo però finora solo su cavie animali. Dopo l'inserimento del microchip vermiforme nel cranio, il paziente viene sottoposto a risonanza magnetica, strumento di analisi che in tempo reale fornisce al chirurgo la mappa completa del cervello e la posizione esatta del tumore. "A questo punto il chirurgo, monitorando il video, manovra il mini-robot attraverso un joystick e procede all'asportazione", spiega lo studioso.

Nella fase di sperimentazione, il lombrico-robot è arrivato a rimuovere il 95% delle masse tumorali profonde prese in esame "e il restante 5% - conclude Simard - è quel sottilissimo strato tumorale che in neurochirurgia è considerato inamovibile, pena il danneggiamento della parte sana della materia cerebrale". MINIR potrà inoltre essere applicato anche per rimuovere i tumori della corteccia eloquente, che comanda appunto il nostro linguaggio, e rispetto alla quale, con le normali tecniche chirurgiche, i rischi di lesione sono elevatissimi.

Al BioRob sono stati presentati anche dei micro-chip inseriti nella calotta cranica, dotati di elettrodi in grado di raccogliere i segnali cerebrali del soggetto e inviarli all'esterno (oggi già sperimentati per permettere a persone completamente immobili di scrivere senza mani al computer).

Da un gruppo di ricercatori americani del Massachusetts Institute of Technology (MIT) è invece arrivata l'idea dei "soft robot", automi super-intelligenti realizzati con materiali morbidi e movimenti più "umani", in grado di interagire più facilmente con chi sta loro accanto e di adeguarsi meglio alle intenzioni dell'uomo. L'obiettivo dei creatori è quello di creare una "fisioterapista robot" che sostituisca le odierne piattaforme di riabilitazione per il recupero di pazienti colpiti da ictus (strumenti che, per quanto d'avanguardia, restano pur sempre molto freddi).

Ricercatori tedeschi hanno anche presentato delle capsule in grado di navigare all'interno dello stomaco fornendo gli stessi risultati di una gastroscopia ma risparmiando al paziente la sedazione e il fastidioso passaggio dell'endoscopio per esofago e tubo digerente. Guidate con campi magnetici controllati dal medico attraverso un semplice joystick, le capsule sono già state testate in Germania su oltre 50 pazienti e promettono un'interessante alternativa alla tradizionale trafila gastroscopica.