Fotonica: dai cibi alla sicurezza, le tecnologie della luce cambiano la qualità della vita

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La fotonica sta cambiando verso alla qualità della vita dei cittadini italiani ed europei. Il settore delle nuove tecnologie che derivano dallo studio della luce sta infatti aprendo vie finora impensate sulla “sicurezza delle persone, monitoraggio dell’inquinamento atmosferico, staticità di strutture come gli edifici in cui abitiamo o come ponti, autostrade o addirittura aeroplani“, ma si possono “misurare anche la presenza di sostanze chimiche nei nostri cibi, come ad esempio le diossine”. E’ l’esperto di sensori ottici Gianluca Gagliardi, responsabile del Laboratorio sensori dell’Ino-Cnr di Napoli, a tracciare con l’Adnkronos le nuove prospettive che arrivano della fotonica, la rivoluzione tecnologica del XXI° Secolo. “La luce è un fenomeno naturale, comune, ma in realtà interagisce con l’ambiente circostante, quindi può trasportare informazioni. Anzi -spiega Gagliardi- la luce è uno strumento potentissimo per accumulare informazioni su quello che succede nell’ambiente circostante. E può diventare uno strumento per misurare grandezze fondamentali per applicazioni importantissime come la sicurezza delle persone,i mezzi di trasporto, i luoghi di lavoro, per misurare variazioni di temperatura, grandi deformazioni del terreno, terremoti, eruzioni vulcaniche. La luce può supportare medici e coloro che si occupano di salute per diagnosi o nuove terapie”.

E proprio per l’orizonte aperto dalla ‘rivoluzione fotonica‘, l’Ue la ritiene una tecnologia chiave dei prossimi anni. Tanto che la Commissione Europea, a partire dall’Anno Internazionale della Luce 2015, ha finanziato con un milione di euro il maxi-progetto ‘Photonics4All‘, nato nell’ambito di Horizon 2020, per la divulgazione scientifica e per sensibilizzare giovani e imprese alle moderne tecnologie della luce. Il progetto ‘Photonics4All’ (G.A. nr 644606), che termina a dicembre 2016, “vede anche l’Italia in prima linea con numerose iniziative che hanno l’obiettivo di far conoscere all’opinione pubblica le tecnologie della fotonica, tecnologie -ribadisce Gagliardi- che si traducono in significative ricadute nel quotidiano delle persone“.

In questo quadro, prosegue Gagliardi, “all’Ino si lavora alacremente per sviluppare nuove tecniche che posano spianare la strada a tecnologie innovative capaci di dare una spinta molto importante nel settore del controllo dei cibi, dell’inquinamento e delle strutture in cui viviamo“. Nei laboratori del Cnr di Napoli, riferisce lo scienziato, “sviluppiamo sensori ottici basati su luce che si propaga nello spazio, nell’aria, in mezzi liquidi ma anche in guide di luce, quelle che noi chiamiamo fibre ottiche“. “Basandoci su questi sistemi siamo in grado di estrarre informazioni in diversi campi e con grande accuratezza” assicura. Con questi sistemi, osserva lo scienziato, “è quindi possibile misurare informazioni anche su vaste aree, e penso agli aeroporti o aree a rischio sismico e vulcanico“. Si tratta di sistemi, evidenzia, “poco invasivi, cioè non modificano l’ambiente che stiamo monitorando ed offrono dati molto puntuali e affidabili“.

Sul fronte ecologico, la luce, indica Gagliardi, “è il candidato ideale per la lotta all’inquinamento ed al monitoraggio atmosferico e ambientale, nelle città e fuori dai centri urbani. E’ sicuramente lo strumento -aggiunge- che in futuro prenderà il posto di tanti attuali sistemi, oggi costosi e che impiegano tempi troppo lunghi per le analisi che, invece, diventeranno efficaci e possibili in tempo reale“. Nel settore del monitoraggio ambientale, continua Gagliardi, “esistono diversi sistemi basati sull’uso della luce, visibile o infrarossa, come la spettroscopia in assorbimento, la spettroscopia Raman, sensori in fibra ottica, tutte tecnologie che consentono alla luce di interagire, quindi di essere modificata dal mezzo nel quale si propaga, ricavando le informazioni che ci interessano“.

L’inquinamento delle città -dice ancora lo scienziato- è uno dei tanti campi in cui le applicazioni delle tecnologie della luce ci possono aiutare a monitorare, controllare e sapere quello che succede: possiamo monitorare e misurare gas velenosi emessi dalle industrie e dai mezzi di trasporto. I sensori che usano la luce sono piccolissimi, per questo possono essere inseriti in luoghi di difficile accesso, ma anche funzionare su vaste aree”. Le tecnologie fotoniche, inoltre, possono intervenire, prosegue Gagliardi, per offrire “nuovi strumenti, che oggi non esistono, anche per monitorare la staticità e l’integrità di edifici e di strutture come ponti, autostrade o addirittura aeroplani”. Esistono già delle applicazioni con sensori ottici e, riferisce, “all’Ino abbiamo sviluppato sensori basati su fibre ottiche comuni. Sono molto simili a quelle utilizzate nelle telecomunicazioni, quindi a bassissimo costo, e capaci di misurare piccolissime deformazioni, piccolissime variazioni di temperature e piccole accelerazioni: sono candidate ideali, quindi, per misurare in tempo reale la stabilità dei palazzi”. E l’orizzonte si allarga ancora fino alle nostre tavole e al cibo che mangiamo. Attraverso le tecnologie della luce, assicura ancora Gagliardi, “possiamo misurare la presenza di sostanze chimiche ben determinate, ad esempio le diossine presenti nei nostri cibi. Il grande vantaggio delle tecnologie della luce è che rendono possibile fare analisi sul posto, senza recarsi in laboratorio“. Un tema che potrebbe rivoluzionare l’analisi dell’inquinamento nella Terra dei Fuochi.

“Quello che si può fare con la luce -spiega il ricercatore- è misurare la presenza di inquinanti derivanti dalla Terra dei Fuochi presenti nei cibi. Per queste analisi, si utilizzano tecnologie di nuovissima concezione basate su sorgenti laser e materiali innovativi”. Il meccanismo di analisi è semplice: “Un sensore ottico può diventare una piccola sonda che viene inserita all’interno di un liquido, come acqua o latte, e l’indagine è istantanea“. Le tecnologie per l’analisi dei cibi o degli inquinamenti atmosferici “vengono sviluppati in molti istituti di ricerca italiana, anche all’Ino. Ma tra le tecnologie che si basano sulla luce solo “poche sono già applicate a casi reali. Sono necessari -chiude il ricercatore- ancora ulteriori stadi di sviluppo per renderle fruibili e, soprattutto, commerciali”.