Nanoingegneria: un nuovo futuro

Con dimensioni di un miliardesimo di metro, può essere difficile percepire quanto piccole siano realmente le nanoparticelle. In prospettiva, se una nanoparticella fosse grande come un pallone da calcio, un kiwi avrebbe le dimensioni della Terra. In questo articolo spieghiamo in che modo queste piccolissime particelle siano destinate a cambiare il futuro dell’ingegneria.

La nanoingegneria comporta l’attenta manipolazione di strutture nella nanoscala e rappresenta un settore in costante crescita come area di interesse dall’invenzione del microscopio elettronico negli anni ‘30. Utilizzando fasci di elettroni accelerati come fonte luminosa, i microscopi elettronici hanno un potere di risoluzione maggiore rispetto ai normali microscopi e sono in grado di rivelare la struttura di oggetti molto più piccoli. Le prime interazioni con le strutture nella nanoscala erano principalmente di osservazione piuttosto che di interazione diretta, ma hanno segnato l’inizio del viaggio nel campo della nanotecnologia. Senza di loro, probabilmente, il microscopio a effetto tunnel (STM) non sarebbe stato inventato negli anni ‘80. Era il primo microscopio in grado di immaginare e manipolare le strutture nella nanoscala, e valse ai suoi inventori Gerd Binnig e Heinrich Rohrer il Premio Nobel per la Fisica nel 1986. Oggi gli usi delle nanotecnologie stanno crescendo e il campo della nanoingegneria sembra destinato a cambiare l’industria nel corso del prossimo decennio. Dai sistemi di somministrazione dei farmaci ai piccoli sensori, le possibili applicazioni di questa tecnologia nell’ingegneria sono davvero molte.

Potenziale di rilevazione e manutenzione predittiva

La natura è piena di esempi di processi tipo big data eseguiti in modo efficiente da nanostrutture in tempo reale, come i componenti dell’occhio che trasformano i segnali esterni in informazioni per il cervello. Gli ingegneri stanno attualmente sperimentando l’uso di nanomateriali e tecniche di produzione rivoluzionarie per sviluppare sensori intelligenti più piccoli, più complessi ed energeticamente più efficienti delle loro controparti di dimensioni standard. Un esempio sono i sensori con regolazione di precisione stampati su rulli di plastica flessibili e ubicati in punti chiave di infrastrutture critiche per monitorarne costantemente le prestazioni e l’integrità strutturale. Questi nuovi sensori producono grandi volumi di dati in tempi mai visti; questo richiede lo sviluppo di tecniche di gestione dei dati per una loro efficiente elaborazione. Tutto questo porterà a nuove capacità di riconoscimento dei modelli e rivoluzionerà il modo in cui usiamo i sensori. Un esempio sono i sensori del traffico che impiegano la nanotecnologia per potenziare i tempi di gestione dei dati e agevolare i programmi automatici di gestione della circolazione anche nelle strade più congestionate, rendendole più sicure. Inoltre, la nanotecnologia è utilizzata per sviluppare sistemi a memoria ultra-densa capaci di conservare una quantità senza precedenti di dati, ma fornisce anche ispirazione per algoritmi di apprendimento automatico ultra-efficienti in grado di elaborare, codificare e comunicare i dati senza compromessi in termini di affidabilità. In fabbrica, questo apprendimento automatico su nanoscala porterà alla manutenzione predittiva di nuova generazione che identificherà i guasti in fase precoce e con la massima accuratezza. Questo porterà a un’ulteriore riduzione dei tempi di fermo macchina non programmati, e tecnici e responsabili di impianto potranno ordinare i ricambi da un fornitore di parti industriali prima che si verifichi un guasto, risparmiando tempo e denaro.

QUALIFICA AUTORE: Neil Ballinger, direttore EMEA presso EU Automation.

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