Non potremmo concepire la medicina moderna senza i fotoni come strumento per diagnosticare e curare i pazienti. Nell'ospedale dove lavoro come medico, grazie alle fibre ottiche degli endoscopi, possiamo accedere a luoghi nascosti all'interno del corpo dei nostri pazienti senza la necessità di procedure invasive. Vari sensori e tecniche diagnostiche per immagini ci consentono di vedere e ottenere informazioni dall'interno dell’organismo per poter elaborare diagnosi in modo più accurato. Negli ultimi anni, i laser sono diventati uno strumento essenziale in molte sale operatorie per la chirurgia di estrema precisione. E non abbiamo nemmeno iniziato a parlare delle terapie che la nanofotonica consente!

Lavoro nel reparto dedicato al controllo qualità di un'azienda alimentare. La fotonica è uno strumento ideale per il nostro lavoro, perché ci permette di fare le nostre analisi in modo non invasivo, senza danneggiare i prodotti. Utilizziamo sistemi fotonici per processi molto diversi, dal controllo della forma e del colore di frutta e verdura, alla misurazione della quantità di ossigeno all'interno delle confezioni per assicurarci che il cibo all'interno non vada a male prima del tempo. Alcuni dei nostri fornitori utilizzano anche la luce per monitorare le colture e ottimizzare i raccolti.

Ho amato il cinema fin da piccola, ma ho deciso che gli avrei dedicato la mia vita quando ho visto il mio primo film in 3D. Poter vedere la profondità delle scene sullo schermo mi è sembrato qualcosa di magico. Tuttavia, come spesso accade al cinema, si tratta solo di un effetto speciale! Gli occhiali con lenti polarizzate che consegnano all'ingresso selezionano diversi tipi di fotoni che provengono dai proiettori, facendo arrivare ai nostri occhi due immagini leggermente diverse che il nostro cervello unisce creando la sensazione di tridimensionalità.

La luce solare è una fonte di energia gratuita ed inesauribile che dobbiamo imparare a utilizzare in modo efficiente, soprattutto nell'attuale contesto di emergenza climatica.

All'ICFO, diverse persone stanno studiando nuovi materiali per creare celle solari trasparenti e/o flessibili che ci permettano di ottenere energia in modi che attualmente non vengono utilizzati. Ad esempio, potrebbero essere integrate nelle auto elettriche per aumentare la loro autonomia o nelle finestre degli edifici per massimizzare la superficie di cattura della luce solare e quindi la produzione di energia. Potrebbero anche essere integrati in indumenti o dispositivi wearable, riducendo le dimensioni delle batterie e quindi dell'oggetto.

(Foto: il quadrato di colore diverso sulla O del logo ICFO è una cella solare trasparente)

Durante la prima grande ondata della pandemia COVID-19, un gruppo dell’ICFO ha lavorato intensamente con una squadra di medici dell’ospedale Parc Tauli di Barcellona per testare una nuova idea: valutare le disfunzioni microvascolari nei pazienti COVID-19 con dispositivi fotonici.

Questa potrebbe essere un'opzione a basso costo e non invasiva per i pazienti e di facile utilizzo per gli operatori sanitari per aiutare a stabilire il miglior trattamento durante le diverse fasi di COVID-19 e aiutare a personalizzare i trattamenti. Il progetto si è diffuso in diversi paesi del mondo ed è stato persino selezionato per essere uno dei 23 progetti scientifici finanziati dall'Unione Europea alla fine dell'estate del 2020 per affrontare la pandemia.

(Foto: scienziati dell'ICFO testano l'attrezzatura prima di inviarla agli ospedali)

Le nuove tecnologie quantistiche emergenti promettono di rivoluzionare il mondo dell'informazione e delle comunicazioni: per sfruttare al meglio questo potenziale, l'Unione Europea sta progettando di costruire un'infrastruttura per le comunicazioni quantistiche, che collegherebbe dispositivi quantistici, diventando un Internet quantistico. Questa infrastruttura sfrutterà l'attuale rete in fibra ottica per i collegamenti a breve e media distanza e si combinerà con i satelliti per coprire le distanze più lunghe. Pertanto, grazie alla fisica quantistica, saranno protetti i dati più sensibili come quelli personali, finanziari, governativi, relativi alla rete elettrica, il controllo aereo o il sistema sanitario.

(Foto: nuvole di atomi freddi all'interno di uno dei laboratori ICFO)

Alcuni organismi possono trasformare la luce solare nell'energia di cui hanno bisogno per vivere grazie alla fotosintesi. Questo processo, risultato di milioni di anni di evoluzione, è incredibilmente efficiente: possono trasformare il 95% della luce che li raggiunge in energia. Al contrario, i migliori pannelli solari commerciali oggi traducono solo il 20% dell'energia in elettricità.

All’ICFO, utilizziamo impulsi laser ultraveloci per "fotografare" le molecole responsabili della cattura dell'energia luminosa presente negli organismi fotosintetici al fine di comprendere meglio questo processo e migliorare l'efficienza dei pannelli solari.

(Foto: montaggio sperimentale per studiare alcune delle molecole rilevanti per la fotosintesi)

Avere una conoscenza di base di diversi campi scientifici e capire come viene generato il sapere scientifico è importante per tutti i cittadini. La pandemia di COVID-19 ne è un esempio: è più facile accettare e applicare correttamente le raccomandazioni di salute pubblica (e contribuire a frenare la diffusione del virus) se comprendiamo le ragioni scientifiche alla loro base e come i responsabili politici siano arrivati a queste conclusioni.

Anche se tutti studiano scienze durante l'istruzione obbligatoria, chiaramente non è sufficiente affinché la società dia il giusto valore alla scienza e ai suoi risultati: come possiamo cambiarlo?

La ricerca fondamentale, come ad esempio quella in certi campi della fotonica, richiede risorse economiche che non si traducono in applicazioni a livello commerciale o industriale a breve termine. D’altra parte, se solo facciamo ricerca nei settori che possono dare un ritorno economico rapido, è difficile raggiungere la solida base scientifica generale che è alla base del progresso tecnologico.

Come possiamo risolvere questo “circolo vizioso”?

La pandemia scoppiata nel 2020 ci ha insegnato che la salute pubblica è un settore importante che interessa molti più aspetti della società. Un minuscolo virus può influenzare la vita di milioni di persone in tutti i suoi aspetti, non solo per quanto riguarda la salute, ma anche l’economia, la struttura industriale, il mercato del lavoro …

Ecco perché è importante concentrare la maggior parte dei nostri sforzi su progetti di ricerca che possono migliorare la salute delle persone.

Viviamo nell’era dell’informazione. Sempre più aziende e istituzioni raccolgono e analizzano grandi quantità di dati per migliorare processi industriali e servizi per la popolazione. Inoltre, le tecnologie digitali sono essenziali per comunicare tra di noi, sia per lavoro che per divertimento. Se i sistemi di informazione subiscono un cedimento, ciò ha ripercussioni anche sulle strutture strategiche come le reti energetiche, il controllo del traffico aereo, gli ospedali, i governi, ecc. Pertanto, garantire la sicurezza per un trasferimento di dati rapido e massiccio è di fondamentale importanza per una società digitalizzata come la nostra.

Ecco perché è importante concentrare la maggior parte dei nostri sforzi su progetti di ricerca che possono migliorare la raccolta, l’analisi, la trasmissione e la sicurezza dei dati.

Siamo nel mezzo di un’emergenza climatica: per risolverla abbiamo bisogno di nuove politiche ambientali e dell’impegno della società nel suo insieme. La scienza e la tecnologia possono accelerare il cambio di paradigma di cui abbiamo bisogno per salvare il pianeta con scoperte e strumenti innovativi. Se non facciamo nulla adesso, la Terra sarà inabitabile e insostenibile, ma siamo ancora in tempo.

Ecco perché è importante concentrare la maggior parte dei nostri sforzi su progetti di ricerca che possono aiutarci a prenderci cura del nostro pianeta.

La fotonica è ovunque e ha un impatto positivo su molti aspetti diversi della nostra vita. A volte, una stessa tecnologia (come il laser) può migliorare la salute, l’informazione e la cura dell’ambiente allo stesso tempo. Ci sono molti importanti problemi globali ed è difficile stabilire una priorità, soprattutto perché sono interconnessi.

Ecco perché è importante non concentrare i nostri sforzi su un unico campo di applicazione: è meglio diversificare i nostri sforzi per avere maggiori possibilità di successo.