08
nov 2007

Nanotecnologie: la scienza incontra l'arte

Negli anni '80 nuovi microscopi hanno permesso di entrare in profondità nella materia, di "vederla" da una prospettiva impensabile e persino di manipolare singoli oggetti delle dimensioni di pochi nanometri (pochi miliardesimi di millimetro). I pionieri dei "nano mondi" erano fisici, chimici, biologi... Raggiunti poi da altri esperti di realtà immaginate: artisti della fotografia, scultori, sognatori di forme. Come Alessandro Scali, Robin Goode e Grit Ruhland, autori di queste nano opere realizzate in un "atelier" molto particolare, il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Torino. <br />A questa scala il materiale da costruzione più comune ha dimensioni che vanno dai 50 ai 200 nanometri; gli "ingombranti" arrivano a 500 (e sono ancora cinquanta volte più piccoli del diametro di un capello di neonato); i giganti viaggiano nell'ordine dei micron (millesimi di millimetro). E sono atomi e molecole! Deve essere stata una decisione... <em>difficilissima</em>, quella di lasciare un messaggio sui muri del nuovo mondo. <br />(<em>Scemo chi legge</em>, di Alessandro Scali e Robin Goode)Le immagini fotografiche dei nano mondi ci arrivano colorate, ma si tratta di artifici tecnologici usati solo per rappresentare i paesaggi e le forme che vi si trovano. Questi non sono "colori veri", come quelli che conosciamo, perché la luce visibile ha una lunghezza d'onda troppo grande per la dimensione nanometrica: la luce "non riesce a entrarci"! Perciò l'immagine, che non è una fotografia per come la conosciamo ma il risultato dell'osservazione fatta adoperando il microscopio a forza atomica, viene poi elaborata al computer per aumentarne la definizione (altrimenti molto scarsa) e rendere più evidente quello che c'è nell'area di intervento.<br />(<em>Libertà condizionata</em>, di Alessandro Scali e Robin Goode)Come per "anno luce" su scala cosmica, la parola "nanometro" è troppo lontana dalla nostra esperienza quotidiana per permetterci di capire quali sono le dimensioni nei nano mondi. Non è come aver fatto un passo in avanti in un processo di miniaturizzazione: per quanto piccola sia, la micro elettronica ha sempre dimensioni umane! Le nano scienze ci hanno invece portato "dentro" alla materia, che, vista da questa prospettiva, ha rivelato aspetti sorprendenti: è irregolare, rugosa, imperfetta... Eppure, con una interminabile sequenza di zoomate al contrario vedremmo infine il contenitore di <em>Actual Size</em> nella forma riconoscibile di una piastrina di silicio, lucida e levigata. È un po' come fermarsi davanti allo spettacolo unico della Terra vista dallo spazio, e poi venire giù e scoprire che ci sono l'inquinamento, la deforestazione e tutto il resto. O l'Africa, il continente dimenticato da cui tutto ha avuto inizio. <br />(<em>Actual Size</em>, di Alessandro Scali e Robin Goode)Tra 1 e 100 nanometri le proprietà fisiche dei materiali sono diverse da quelle dei singoli atomi o molecole e, soprattutto, sono molto diverse da quelle dei "materiali estesi" di cui fanno parte. Per esempio, esplorando i nano mondi si è scoperto che rendere più rugosa una superficie può ridurre l'attrito nella nostra dimensione: sembra un paradosso, perché è in aperta contraddizione con tutte le nostre convinzioni, ma aprire fori e creare "rughe" su di uno strato atomico di materiale pare favorire lo scivolamento anche in carenza di lubrificante. Partendo da atomi e molecole, a monte della distinzione tra materia organica e inorganica, si incontrano quindi risposte inattese alle questioni aperte della scienza e ad alcuni problemi del nostro tempo (energia e trasmissione delle informazioni, per esempio). Forse non è la strada che porta al paradiso, ma se c'era bisogno di un cammello molto molto piccolo per provarci... be', eccolo. <br />(<em>La chiave per il Paradiso</em>, di Alessandro Scali e Robin Goode)A questa scala non c'è una disciplina scientifica che domina sulle altre: qui i territori della fisica, della chimica, della biologia, dell'ingegneria e di altre scienze (anche umanistiche) si intersecano in continuazione. Uno degli aspetti più impegnativi del lavoro di scienziati e ricercatori è quello di progettare strumenti ad hoc per questa o quella ricerca, e così facendo scoprono nuove nano proprietà e aprono nuovi territori alla ricerca. Come quello dell'organizzazione spontanea di atomi e molecole, ossia della naturale capacità della materia di aggregarsi per svolgere uno specifico compito. È così che nasce... tutto! Un minerale di ferro, un cristallo di sale, una proteina, il Dna, noi stessi! Arrivare a conoscere le interazioni che innescano questi processi, e arrivare a controllarle, significherà essere capaci di costruire nuovi materiali e praticamente qualunque altra cosa. Queste sono le nostre Colonne d'Ercole.<br />(<em>Oltre le colonne d'Ercole</em>, di Alessandro Scali e Robin Goode)Le immagini di questa piccola rassegna hanno dato vita alla mostra "Nanoarte", inaugurata a Bergamo Scienza 2007 (ottobre). Complessivamente sono il frutto di due anni di stretta collaborazione artistico-scientifica: &#171;Da qualche settimana a qualche mese per ogni opera&raquo;, racconta Fabrizio Pirri, responsabile del progetto al Dipartimento di Fisica dell'Università di Torino, «in un susseguirsi di incontri con gli artisti per discutere di "messaggio", bozzetti e tecnologie» per superare le difficoltà dell'agire a questa scala, senza mai poter vedere un "work in progress", ma passando direttamente dall'idea al lavoro finito. Che spesso era... "tutto da rifare!" È giusto riposare dopo un tale impegno, mettersi comodi. Peccato che questa pantofola sia fuori misura per gli umani: chi mai indossa calzature di taglia 150 nanometri? <br />(<em>Pantofole per un animale pantofolaio,</em> di Grit Ruhland)Quello nella foto è un campione di silicio: "dentro" alla materia di cui è fatto c'è una delle opere nanometriche presentate in queste pagine... Gli strumenti per vederle e realizzarle sono stati costruiti a partire dagli anni '80. Eccone una breve descrizione.<br /><strong>Microscopio elettronico a scansione</strong> (SEM). Un fascio di elettroni colpisce la materia, che risponde emettendo numerosi segnali: alcuni di questi vengono catturati e convertiti in impulso elettrico. <br /><strong>Microscopio a forza atomica</strong> (AFM). Oltre che per l'osservazione, l'Afm è uno dei principali strumenti di manipolazione della materia a dimensione nanometrica. Consiste in una "punta" di silicio posta a contatto oppure in prossimità della superficie del nano mondo. Tra punta e materiale si manifestano delle forze che, misurate, sono poi tradotte in immagini. <br /><strong>Microscopio elettronico a trasmissione</strong> (TEM). Un fascio di elettroni viene fatto incidere sul campione: il fascio di ritorno crea l'immagine. <br /><strong>Microscopio a scansione a effetto tunnel</strong> (STM). Utilizza i principi della meccanica quantistica: consiste di una "punta" che termina con un singolo atomo e viene fatta muovere a pochi nanometri dalla superficie, come una sonda su di un pianeta alieno. L'STM fornisce un'immagine tridimensionale dell'ambiente. {CONTENT}

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