Quanto è grande un miliardesimo di metro? O se preferite un millesimo di millesimo di millimetro? E' uno spazio talmente infinitesimo che bastano una decina di atomi messi in fila per riempirlo tutto. Pensiamo alla punta di uno spillo, uno spazio abbastanza ristretto, eppure, entrando nel mondo delle nanotecnologie, scopriremo che anche in un luogo così esiguo, c'è abbastanza spazio per scrivere nientemeno che tutti i ventiquattro volumi dell'Enciclopedia Britannica. La battuta sull'Enciclopedia Britannica l'ha pronunciata Richard Feynman, uno dei più grandi fisici di questo secolo che ha vinto il premio Nobel nel 1965. Ma cosa sono esattamente le nanotecnologie? Lo abbiamo chiesto a Claudio Nicolini professore all'Università di Genova, fondatore e presidente della Fondazione El.b.a., dove si trovano alcuni dei laboratori più avanzati del nostro Paese:

"Per nanotecnologie si intende l’insieme di quegli approcci sperimentali che consentono di costruire oggetti, dispositivi, materiali che hanno le dimensioni del miliardesimo di metro. Ci sono essenzialmente due tipi di approcci per fare questi materiali. Uno è la microscopia all’istruzione atomica, sviluppata da R.Beeni alla Ibm - premio Nobel per questo - che consentono di manipolare atomi. L’ altro è un processo bottom-up, dal basso verso l’alto: partendo da materiali organici, come i polimeri conduttori, le proteine, o gli acidi nucleici si creano dei monostrati delle dimensioni del miliardesimo di metro su cui,poi, si costruiscono e si assemblano materiali, dispositivi utili per le più diverse applicazioni".

La nanotecnologia permette dunque di manipolare gli oggetti alla scala atomica e di osservare e spostare i singoli atomi. Il 29 dicembre del 1959 Feynman tenne un discorso al Californian Institute of Technology durante la riunione annuale della American Physical Society. Quell'intervento è ormai considerato l'atto di nascita ufficiale della nanotecnologia.
"Ciò di cui voglio parlare è il problema di manipolare e controllare le cose su una piccola scala. Appena accenno a questo, la gente mi parla della miniaturizzazione e di quanti progressi si siano fatti fino a oggi. Mi parlano di motori elettrici grandi quanto l'unghia del vostro mignolo […]. Ma questo è niente; è il passo più primitivo nella direzione che intendo discutere […]. Quando nel 2000 la gente guarderà indietro, si chiederà perché si sia arrivati al 1960 prima di muoversi seriamente in questa direzione. Ma non mi spaventa affrontare anche la questione finale, cioè se - in un lontano futuro - potremo sistemare gli atomi nel modo in cui vogliamo; proprio i singoli atomi, al fondo della scala! […] Per quanto ne so, i principi della fisica non impediscono di manipolare le cose atomo per atomo. Non è un tentativo di violare alcuna legge; è qualcosa che in principio può essere fatto, ma in pratica non è successo perché siamo troppo grandi".

Dunque era il 1959. Ci sono voluti un po' di anni, ma parecchie delle cose annunciate da Feynman si sono realizzate. E alcuni passi decisivi sono arrivati dai laboratori di una società, la Ibm, che è famosa in tutt'altro settore e che, sulla scorta dei suggerimenti di Feyman, ha messo a punto il microscopio a scansione tunnel. Gli impieghi delle nanotecnologie, già oggi, sono moltissimi. Claudio Nicolini ce ne descrive qualcuno.

"Una delle applicazioni è, ad esempio, la nanocatalisi: si immobilizzano degli enzimi che sono in grado di produrre sostanze come gli acidi. Uno dei limiti grossi delle biotecnologie, dell’ uso degli enzimi nella biocatalisi era la vita media piuttosto ridotta di questi enzimi, la loro precarietà a temperatura ambiente. In pochissimo tempo denaturano, perdono la loro struttura, la loro funzione; queste nanotecnologie, invece, sono in grado di immobilizzarli e mantenerli stabili e funzionanti anghe a 200 gradi Cesio, a temperature proibitive. Queste tecnologie consentono di riutilizzare e riciclare questi enzimi. L’enzima è molto costoso ma se può essere riutilizzato all’infiniti ovviamente i costi si tagliano. La possibilità di utilizzare gli enzimi su larga scala significa una speranza concreta per l'eliminazione dei rifiuti che inquinano l’ambiente".

Se anche non ce ne accorgiamo le nanotecnologie vengono impiegate nei più svariati settori  per esempio anche su Internet. Le linee principali della Rete, le cosiddette dorsali o backbone, sono collegamenti in fibra ottica dove viaggiano da 2,5 a 10 miliardi di bit al secondo. Ebbene, sono impulsi luminosi generati da laser a semiconduttore realizzati grazie alla nanotecnologia. Inoltre qualche mese fa la Lucent Technologies, la società che costruisce ciò che viene studiato nei Bell Laboratories, ha presentato WaveStar, un sistema che può inviare un fiume di 400 miliardi di bit al secondo in una singola fibra. Sempre nel settore dell'informatica, i benefici delle nanotecnologie si faranno sentire presto per esempio nella costruzione di dischi rigidi molto più capienti di quelli attuali.

Oggi gli hard disk sono ricoperti da un sottile strato magnetico le cui molecole si comportano come microcalamite. Ogni bit viene registrato orientandole in un verso o nell'altro. Il problema è che le microcalamite hanno una tendenza naturale al disordine, e per registrare un bit bisogna magnetizzare una superficie abbastanza grande da superare questa tendenza. Ecco il limite alla capienza dei dischi. Se grazie agli strumenti delle nanotecnologie ciascuna molecola-microcalamita venisse posizionata in modo ordinato, ogni bit potrebbe occupare uno spazio molto inferiore e la capacità dei dischi verrebbe moltiplicata in modo straordinario. Secondo alcuni ricercatori, i primi hard disk "nanotecnologici" potrebbero arrivare sul mercato nei prossimi cinque anni. Altre applicazioni avranno queste tecniche nel futuro il loro impiego sempre più massiccio modificherà alcuni settori dell'industria e dell'economia.

"Applicazioni si avranno nella ricerca spaziale, nelle telecomunicazioni - ha detto ancora Nicolini.
In realtà tutta la nostra società ha bisogno di dispositivi transistori   estremamente piccoli e che consumino molto poco. Le nanotecnologie consentono proprio di creare transistor, chip a singolo elettrone, della dimensione di qualche miliardesimo di metro.
Un'applicazione importantissima per il futuro è nell'utilizzazione su larga scala dell'energia solare, sorgente che può essere sostitutiva di tutti i tipi di energia estremamente inquinanti. Le centrali fotovoltaiche, prodotte fino ad oggi, sono   state ingombranti, gigantesche e con una piccolissima capacità produttiva.
Le cellule fotovoltaiche, invece, basate su centri di reazione fotosintetici, su proteine come rodopsine - proteine del processo visivo che consentono di fare delle cellule fotovoltaiche estremamente ridotte della dimensione del biliardesimo di metro -   possono contenere in poco spazio una quantità incredibile di energia. Questo sarà duqnue il futuro da qui a dieci anni".

Abbiamo parlato di hard disk, di nano-batterie e nano-celle fotovoltaiche. Ma vi sono ricercatori che stanno già studiando i nanochip. Uno di loro è Eshel Ben-Jacob, dell'Università di Tel Aviv. Questi dispositivi si potrebbero basare su due principi. Primo: i legami chimici tra gli atomi di una molecola possono funzionare come "tunnel" per superare la barriera di potenziale elettrico che esiste tra loro.

Secondo: oggi sappiamo come ricoprire una molecola di Dna con atomi di metallo, formando così un cavo conduttore, che oltretutto si assembla da solo come appunto il Dna. Combinando le due cose, Ben-Jacob ha già nel cassetto lo schema di un transistor, cioè il componente fondamentale di ogni circuito logico, grande quanto una singola molecola.

Vi sembra un progetto ardito? In confronto a certe visioni, e questa volta probabilmente è la parola giusta, sembra di no. Nanobombole, robot atomici in grado di riparare i tessuti del corpo o addirittura invertire i processi chimici dell'invecchiamento. Insomma, siamo davvero vicini alla fantascienza. Tanto che questo tipo di ricerche vengono visti con una buona dose di scetticismo da una gran parte della comunità scientifica.

"Oggi - secondo Nicolini - sicuramente riusciamo a nanomanipolare gli atomi ma da qui a farne un robot o un attuatore ce ne vuole ancora. E’ sicuramente una strada. Il grande pericolo della ricerca scientifica e tecnologica è quella di creare grandi aspettative che poi non vengono materializzate. Spesso gli scienziati si comportano come i politici: continuano a promettere, senza materializzare nulla. Se lo scienzato fa lo stesso, ha perso la sua funzione".

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