Tecnologia

I recenti progressi nelle lenti metasuperficiali (metalenses) hanno mostrato un grande potenziale per aprire una nuova era nelle applicazioni compatte di imaging, fotografia, rilevamento della luce e misurazione della distanza (LiDAR) e realtà virtuale/realtà aumentata. Tuttavia, il compromesso fondamentale tra efficienza di focalizzazione della banda larga e larghezza di banda operativa limita le prestazioni dei metalenses a banda larga, determinando aberrazione cromatica, aberrazione angolare e un'efficienza relativamente bassa.

Gli idrogel, noti per la loro somiglianza meccanica e chimica con i tessuti biologici, sono ampiamente utilizzati nelle biotecnologie, mentre i semiconduttori forniscono funzionalità elettroniche e optoelettroniche avanzate come l'amplificazione del segnale, il rilevamento e la fotomodulazione. La combinazione delle proprietà dei semiconduttori con la progettazione di idrogel può migliorare le funzioni biointerattive e l'intimità nelle biointerfacce, ma ciò è impegnativo a causa della bassa idrofilicità dei semiconduttori polimerici.

I controlli senza elettronica sono recentemente emersi come uno degli argomenti principali della robotica morbida. Tuttavia, i circuiti fluidici privi di elettronica mancano ancora di controllabilità e riconfigurabilità per ottenere funzioni diverse. Imitando il funzionamento di alcune parti del corpo umano, i ricercatori del King's College di Londra hanno trasmesso una serie di comandi a dispositivi dotati di un nuovo tipo di circuito compatto, utilizzando le variazioni di pressione di un fluido al suo interno.

Nonostante più di 40 anni di sviluppo, rimane difficile per il calcolo logico ottico supportare più di quattro operandi perché l’elevato parallelismo della luce non è stato completamente sfruttato nei metodi attuali che sono limitati da una non linearità ottica inefficiente e da una modulazione di ingresso ridondante. I ricercatori cercano da tempo di sfruttare la potenza della luce per l’informatica, con l’obiettivo di raggiungere velocità più elevate e un consumo energetico inferiore rispetto ai sistemi elettronici tradizionali.

Circa due miliardi di persone in tutto il mondo non hanno accesso all’acqua potabile pulita, con un impatto negativo sulla sicurezza nazionale, sull’igiene e sull’agricoltura. La raccolta dell'acqua atmosferica (Atmospheric water harvesting - AWH) è la conversione dell'umidità ambientale in acqua pulita; tuttavia, la deumidificazione convenzionale è ad alta intensità energetica. Il miglioramento dell'AWH può essere ottenuto con il raffreddamento elastocalorico, utilizzando materiali sensibili alla temperatura nella termoregolazione attiva.

I sensori tattili morbidi che emettono segnali fluidici hanno molte potenziali applicazioni nei dispositivi microfluidici morbidi e nei robot morbidi. Tuttavia, i sistemi esistenti sono limitati a uno o pochi sensori in parallelo, quindi non sono paragonabili ai touchpad elettrici resistivi e capacitivi all'avanguardia, in grado di rilevare ricche informazioni tattili, tra cui la posizione del tocco, la pressione, area e anche più tocchi simultanei. I ricercatori della Tampere University hanno sviluppato il primo touchpad morbido al mondo in grado di rilevare la forza, l’area e la posizione del contatto senza elettricità.

La ricerca sulla visione artificiale ispirata alla biologia ha portato a sistemi di visione robotica innovativi con bassa aberrazione ottica, ampio campo visivo e fattore di forma compatto. Tuttavia, persistono sfide nel rilevamento e nel riconoscimento di oggetti su sfondi complessi e illuminazione varia. I sistemi autonomi come i droni, le auto a guida autonoma e i robot stanno diventando sempre più integrati nella vita quotidiana, ma spesso hanno difficoltà a “vedere” chiaramente in diverse condizioni, che si tratti di luce solare intensa, scarsa illuminazione o sfondi complessi e affollati.

Trasformare l'aria intorno a noi in acqua potabile è sembrata a lungo una meraviglia, più vicina alla fantascienza che alla realtà, soprattutto quando si tratta di catturare una quantità sostenibile da ambienti secchi e a bassa umidità. Tuttavia, nel contesto di un peggioramento della mega-siccità che colpisce le riserve idriche in tutto il sud-ovest, i ricercatori dell’University of Nevada, Las Vegas (UNLV) hanno sviluppato una tecnologia innovativa in grado di estrarre quantità significative di acqua anche dall’aria arida.

La luce incidente sui materiali può indurre cambiamenti nella loro conduttività elettrica, un fenomeno denominato fotoresistenza. Nei semiconduttori, la fotoresistenza è negativa, poiché la promozione degli elettroni indotta dalla luce attraverso la banda proibita aumenta il numero di portatori di carica che partecipano al trasporto. Nei superconduttori e nei metalli normali, la fotoresistenza è positiva a causa rispettivamente della distruzione dello stato superconduttore e dell'aumento della dispersione di rilassamento della quantità di moto.

L’elaborazione delle informazioni nel dominio ottico promette vantaggi sia in termini di velocità che di efficienza energetica rispetto all’hardware digitale esistente per una varietà di applicazioni emergenti nell’intelligenza artificiale e nell’apprendimento automatico. Un approccio tipico all'elaborazione fotonica consiste nel moltiplicare un vettore di input ottico che cambia rapidamente con una matrice di pesi ottici fissi. Tuttavia, la codifica di questi pesi su chip utilizzando una serie di celle di memoria fotoniche è attualmente limitata da un’ampia gamma di problemi a livello di materiale e dispositivo