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NOVEMBRE-DICEMBRE 2021 AUTOMAZIONE OGGI 434 39 sviluppo è la nanoantenna ottica ideata quest’anno dai ricercatori degli Istituti di na- noscienze (Nano) e di fotonica e nanotecno- logie (Ifn) del CNR e del Politecnico di Milano, con l’Università degli Studi di Brescia e l’Uni- versité de Paris. Si tratta di sottilissimi cilindri di materiale semiconduttore progettati per assorbire lunghezze d’onda della luce visibile, con lunghezza d’onda inferiore al millesimo di millimetro. Quando la nanoantenna viene illu- minata, questa concentra l’energia luminosa in un volume minuscolo, e in tali condizioni il colore della luce può essere modificato. Per la prima volta lo studio è riuscito a controllare il comportamento di queste nanoantenne ot- tiche in modo rapidissimo, utilizzando la luce stessa come segnale di controllo e facendone dei nano-convertitori ultraveloci, con possibili applicazioni nelle telecomunicazioni a fibra ottica e fino al computer quantistico. Nanostampa 3D La stampa 3D è un ulteriore comparto che nelle nanotecnologie può trovare un potente alleato. Un rapporto pubblicato da Smartech sulla stampa 3D di nanomateriali riporta che il mercato delle parti stampate in 3D e dei prototipi con nanomateriali raggiungerà i 126 milioni di dollari entro il 2024, arrivando a 1,04 miliardi nel 2028, con il 60% delle attività affe- renti a elettronica e medicale e altri impieghi in ambiti quali la robotica soft, lo stoccaggio di energia, i settori aerospace e automobilistico. Lo studio guarda quindi alle nuove tecniche e processi di stampa 3D che stanno sorgendo per abilitare l’impiego di materiali sulla na- noscala: queste includono la litografia a due fotoni, commercializzata da Nanoscribe, e la stampa nanotribologica (NTP), in fase di svi- luppo presso l’Università della Pennsylvania. Mentre alcune tecnologie di stampa 3D oggi in uso avranno un futuro ampliamento anche sul fronte dei nanomateriali, grazie a speciali adattamenti. Nanomateriali come nanotubi di carbonio, grafene e bisolfuro di molibdeno mostrano ad esempio proprietà interessanti per applicazioni spaziali a cui sta lavorando la Nasa, per la miniaturizzazione di sensori stam- pati in additivo. Questi nanomateriali sono in- fatti altamente sensibili e stabili in condizioni estreme, leggeri e resistenti alle radiazioni so- lari, oltre a richiedere poca energia per il loro funzionamento. L’uso della stampa 3D con- sentirebbe inoltre di semplificare il processo di integrazione e packing dei sensori. In generale, l’impiego di nanomate- riali consentirà alle parti stampate in 3D di fare un balzo in avanti sul fronte delle prestazioni dei prodotti, e si stima che l’interesse verso le opportunità offerte dai nanomateriali per ad- ditivo coinvolgerà nei prossimi anni anche i player più grandi del settore. Soprattutto a partire dal 2023, quando i ricavi prove- nienti da tali materiali raggiungerà un valore tale da giustificare gli investimenti. All’innova- zione della tecnologia additiva punta anche il progetto 5dNanoPrinting, finanziato dalla UE con 3,58 milioni nel programma Net Horizon, coordinato dall’IIT di Pontedera a cui parteci- pano CNR e STMicroelectronics. Il progetto mira a sviluppare nuovi materiali e una tecnica di stampa 3D che impiega impulsi laser con- centrati per preparare strutture complesse ad alta risoluzione su scala micro e nano. La tec- nologia potrà essere usata per la produzione di Mems e Nems, anche in piccole quantità e con personalizzazioni in tempo reale, ampliandone l’uso a nuovi ambiti ad oggi inesplorati. Materiali aumentati Le proprietà di nanoparticelle e nanocompo- siti aprono infine opportunità applicative in una varietà di campi, a partire dalla lubrifica- zione delle parti meccaniche in movimento di robot e macchinari. Lubrificanti additivati con nanoparticelle, a base metallica o ossidica, migliorano le tradizionali proprietà dei fluidi, come coefficiente di attrito, resistenza all’u- sura e alle pressioni elevate, capacità di ca- rico. Il progetto AddNano finanziato dalla UE mira allo sviluppo di lubrificanti avanzati con prestazioni potenziate per olii motore, carter e cuscinetti rotanti. I ricercatori della University of Nottingham Malaysia Campus hanno in- vece ottenuto un aumento del 17% della con- duzione termica aggiungendo nanofiocchi di grafene a diversi lubrificanti in commercio, migliorando la capacità di asportare calore e aumentando la durata del fluido del 20%. Interessante è anche la ricerca nei nanomate- riali per il packaging: qui si va da imballaggi attivi, che assorbono e rilasciano sostanze, al prodotto imballato aumentandone la shelf life, fino a imballaggi intelligenti che contri- buiscono al monitoraggio dello stato di con- servazione degli alimenti o che grazie alle nanotecnologie rendono gli imballaggi più biodegradabili e compostabili. Notevoli sono infine le possibili applicazioni dei materiali smart nelle costruzioni: le nanotecnologie in edilizia, ad esempio, generano materiali co- struttivi più leggeri e resistenti che migliorano l’efficienza energetica o assorbono lo smog. È quest’ultimo il caso del cemento eco-smart di Italcementi, utilizzato per l’ex Palazzo Italia di Expo 2015 che agisce grazie all’azione combi- nata della luce e a un principio attivo a base di biossido di titanio, decomponendo gli agenti inquinanti in sali inerti e innocui che la pioggia lava via. Oltre a queste applicazioni, è quindi altresì possibile pensare all’aggiunta di nano- particelle conduttive in una matrice cementi- zia per dare vita a materiali compositi in grado di diagnosticare il proprio stato. Le nanostrut- ture presenti nel materiale possono effettuare sia un monitoraggio strutturale, relativo a spostamenti e deformazioni, sia riferito al de- terioramento fisico e chimico dei materiali, in edifici, strade, ponti o tunnel. O anche attivare una serie di funzioni in automatico, ad esem- pio la ventilazione o l’oscuramento dei vetri, in base alla temperatura percepita. Fino a essere in grado di raccogliere costantemente dati e, come una sorta di sistema nervoso dell’edifi- cio, apprendere con il tempo ad auto gestirsi per migliorare le prestazioni energetiche ed elevare il livello di benessere delle persone, comprendendo e dando risposta ai loro biso- gni. Evolvendo lo smart building in un vero e proprio cognitive building. • Foto fonte pixabay.com