La fotonica europea tiene il passo: intervista a Laura Gemini
Il mondo manifatturiero si sta avvicinando sempre di più al mondo della fotonica, perché i suoi processi sono più vantaggiosi rispetto alle alternative oggi utilizzate. In questo senso, l’Europa ha dei poli di eccellenza che portano avanti sia la ricerca accademica che lo sviluppo di soluzioni per il mondo manifatturiero. Abbiamo intervistato Laura Gemini, Deputy Head of Laser Processing Departmente di ALPhANOV, per raccontarci come sta la fotonica europea e a che punto è la ricerca.
Prima di tutto vorrei che mi parlasse della sua carriera del mondo della fotonica. Ho visto che ha collaborato e fatto ricerca in Giappone, Repubblica Ceca e ora è in Francia.
Laura Gemini: Io sono entrata in contatto coi laser durante la mia tesi di laurea specialistica al Politecnico di Milano, che trattava l’irraggiamento da plasma generato da laser dei materiali usati nei wall dei reattori a fusione. Tramite la tesi, abbiamo collaborato con l’Istituto di Fisica di Praga. Dopo la laurea, mi hanno chiamata per andare a lavorare da HiLASE, un centro tecnologico parte dell’Istituto di Fisica di Praga, finanziato dall’ Unione Europea dove si sviluppano laser ad alta potenza per applicazioni industriali. In parallelo, ho cominciato il dottorato presso la facoltà di ingegneria fisica dell’Università CVUT di Praga. Nel quadro della mia tesi di dottorato sono andata sei mesi in Giappone, presso l’Università di Kyoto, dove ho sviluppato quello che era il cuore sperimentale della mia tesi: l’utilizzo di laser ultra corti, quindi femtosecondi, per applicazioni di funzionalizzazione di superficie. Fondamentalmente, si va a modificare la superficie dei materiali tramite la generazione di nanostrutture controllate che conferiscono ai materiali stessi delle proprietà specifiche.
Dopo aver concluso la tesi di dottorato nel 2015, sono venuta in Francia a lavorare per ALPhANOV, realtà conosciuta negli anni di studio tramite conferenze e saloni; oggi sono Deputy Head del Dipartimento dei Processi Laser. È un istituto che viene finanziato parzialmente dalla regione Nouvelle Aquitaine, parzialmente da progetti collaborativi che possono essere europei, nazionali, o regionali, e da contratti privati di ricerca applicata con l’industria. Si tratta di un centro tecnologico dove le aziende vengono con un problema tecnico di cui noi sviluppiamo la soluzione tramite processi laser. Per farlo, abbiamo a disposizione più di 20 sorgenti laser dal regime ultracorto a sorgenti continue; lavoriamo con diversi mercati, quali spaziale, aeronautica, automotive, biomedicale, lusso e orologeria. Tra i nostri clienti ci sono anche molte aziende italiane, perché nel nostro Paese non esiste ancora un’istituzione forte focalizzata sulla fotonica che faccia da ponte tra il mondo industriale e quello accademico, in modo che ci sia sinergia per risolvere problemi di produzione; ma qualcosa si sta muovendo.
Su quale focus oggi si sta concentrando la ricerca? Quali sono state le ultime scoperte più importanti?
Laura Gemini: Tra le scoperte più importanti, la generazione di impulsi in regime attosecondo, che chiaramente è molto in voga in questo momento grazie ai premi Nobel dell’anno scorso. Oggi rimane un soggetto più destinato al mondo della fisica di base e ancora abbastanza lontano da essere sfruttato in applicazioni di processi laser per l’industria. A livello di processi laser e applicazioni nel manufacturing, le ricerche più importanti oggi sono quelle che riguardano l’intelligenza artificiale, il machine learning. Quest’ultime saranno il futuro dei processi laser perché ci permetteranno di raggiungere gli obiettivi, fissati dalla Commissione Europea, di manufacturing flessibile e sostenibile, tramite un approccio definito “first time right” che permette di ottimizzare i processi in modo tale da essere smart e modificarsi secondo i bisogni delle diverse applicazioni. L’utilizzo della tecnologia laser, infatti, è intrinsecamente sostenibile, e rimpiazzerà molti processi che oggi sono basati sull’uso di sostanze chimiche e grandi quantità d’acqua, o processi meccanici intrinsecamente poco versatili. Il laser utilizza la luce per arrivare agli stessi risultati.
Oggi, l’interesse primario dell’industria è avere dei processi polivalenti, flessibili, adattabili alla modificazione del mercato. Questo sarà fatto sicuramente con l’introduzione dell’intelligenza artificiale, che permetterà alla fine di avere processi più versatili e sostenibili. A livello industriale, il trend che noi vediamo oggi è sicuramente questo. A livello di ricerca universitaria, secondo me, c’è ancora molto interesse per i processi in regime ultracorto che permettono di ottenere lavorazioni con risoluzioni spaziali sempre più alte, sempre più necessarie in un mondo tecnologico che mira sempre di più alla miniaturizzazione di componenti e prodotti. Oggi esistono sorgenti ultracorte industriali che arrivano fino a qualche centinaio di watt e che ci permettono di avere una produttività abbastanza elevata, quindi la ricerca si sta focalizzando anche sulla gestione di questa potenza media tramite tecniche di beam shaping specifico che possa portare l’interazione tra laser e materiale ancora più lontano. Per esempio, tutto ciò che riguarda i processi basati sul regime ultracorto burst, cioè regimi in cui la distribuzione dell’energia degli impulsi può essere modificata su misura non solo spazialmente ma anche temporalmente, ci permette oggi di fare delle cose che fino a due anni fa non erano possibili. A livello di processi, il femtosecondo e tutto ciò che è lo studio dell’interazione dei materiali in regime ultracorto rimangono di grande interesse.
Come è cambiato l’approccio del mondo manifatturiero alla fotonica negli anni? In questo momento si stanno affacciando nuovi settori che prima non la prendevano in considerazione?
Laura Gemini: Al giorno d’oggi il manufacturing è ancora sicuramente centrato su sorgenti QCW o continue perché permettono processi ad alta produttività come necessario per definire un processo industriale. Se guardiamo ai mercati in cui l’Europa deve necessariamente inserirsi nei prossimi anni, come la microelettronica, questo ci porta a utilizzare delle sorgenti estremamente specifiche, quindi parliamo di sorgenti nanosecondo, fi no al femtosecondo. L’approccio è cambiato, l’industria diventa sempre di più interessata al mondo della fotonica, perché si rende conto che porta con sé di determinati vantaggi. I laser ultra corti, purtroppo, rimangono ancora una tecnologia molto costosa. Sicuramente c’è un interesse legato a una necessità, quella del rimpiazzare i processi esistenti con processi più sostenibili, ma anche al fatto che determinate lavorazioni possono essere fatte solo con determinati tipi di laser. Per esempio, al seguito del Covid e la situazione critica geopolitica generale, l’Europa sta cercando la sovranità nel campo della microelettronica, per non essere più completamente dipendente dall’Asia o gli Stati Uniti per tutto ciò che riguarda la fornitura di materie prime e i processi di manufacturing. Queste situazioni eccezionali hanno fatto rifocalizzare l’attenzione su dei bisogni primari per alcuni settori del manufacturing europeo. Quando si parla di microelettronica, si parla ovviamente di processi laser e di fotonica.
La fotonica sta comunque entrando nelle industrie sempre di più, nonostante il costo delle sorgenti e delle macchine necessarie a implementare i processi, renda ancora oggi abbastanza difficile anche per le grosse imprese equipaggiarsi. Sicuramente c’è un approccio positivo e l’interesse si apre a mercati sempre diversi, ma è una tecnologia che ancora è difficile rendere industrialmente competitiva in diversi campi. Ma bisogna tener presente che più queste tecnologie saranno trasferite verso un numero crescente di ambienti industriali, più il loro costo dovrebbe in qualche modo regolarsi.
Pensando alle applicazioni manifatturiere, quali sono i mercati e i Paesi più vivaci, cioè dove si investe di più su questa tecnologia?
Laura Gemini: Tra i maggiori investitori in questa tecnologia troviamo la Cina e gli Stati Uniti, le più grosse potenze economiche mondiali. Se guardiamo all’Europa, i Paesi più vivaci rimangono la Germania e la Francia secondo me, perché stanno trainando la fotonica sia a livello di ricerca che di processi, dallo sviluppo della sorgente fino all’applicazione industriale. Tra l’altro, sono anche i due Paesi dove l’accesso ai finanziamenti statali è più facile, fattore da non sottovalutare. In Germania, per esempio, gli istituti Fraunhofer, che sono tra i più importanti d’Europa nel mondo della fotonica, guidano la ricerca applicata e vivono fondamentalmente grazie ai finanziamenti pubblici.
Un altro Paese europeo molto interessante per tutto ciò che è fotonica, processi e il mondo dell’ultra corto è la Lituania, che negli ultimi anni è riuscita a costruire un polo della fotonica a Vilnius estremamente competitivo. Anche a livello educational, in Lituania si stanno sviluppando sempre di più dei corsi specifici. Il Politecnico di Vilnius ha corsi di Ingegneria Fisica da molti anni, e a livello europeo rimane un centro di rappresentanza per lo sviluppo e la formazione specifica. La Lituania sta diventando sempre più un riferimento per la fotonica mondiale. A livello di formazione universitaria, l’Europa rimane assolutamente in prima linea, credo che abbia le migliori università possibili a livello di qualità dell’istruzione nei campi dell’ingegneria.
È chiaro che ogni paese ha delle aree tecnologiche di eccellenza, legate al territorio, alla geografia, alla grandezza e al peso politico, ma l’Europa si difende molto bene a livello di ricerca sulla fotonica e di technology transfer verso l’industria. Noi come ALPhANOV, per esempio, abbiamo clienti dagli Stati Uniti e Asia, l’Europa rimane un polo importante anche per loro. Su determinate cose l’Europa rimane concorrenziale, o addirittura più innovativa, grazie all’istruzione universitaria che abbiamo. Bisogna certamente esserne molto fieri!
di Rossana Pasian