Qualche settimana fa ho ottenuto il lavoro dei miei sogni: lavoro in un maker space, dove posso armeggiare con tutte le macchine che hanno. Adoro le strutture flessibili che si possono ottenere tagliando il legno: senza la precisione dei laser, non sarebbero così facili da fare! Sono affascinata anche dalla nuova stampante 3D: grazie al suo laser, riusciamo a riprodurre velocemente le parti in plastica che i produttori dall'altra parte del mondo hanno progettato. È quasi come il teletrasporto dei film di fantascienza!

Quest'anno ho iniziato il master in Fotonica a Barcellona. In una delle materie, ho scoperto che la fotonica ha molto a che fare con l'altra mia passione: i droni. Se riempiamo questi piccoli aerei con sensori fotonici, possiamo ottenere preziose informazioni su luoghi che sarebbero difficili da raggiungere. Ciò rende i droni non solo giocattoli divertenti, ma strumenti importanti per lo studio dell'ambiente, la ricerca di giacimenti di petrolio, gas o minerali, il monitoraggio di aree di disastri naturali o coltivazioni.

Sono un’insegnante di fisica delle scuole superiori e per motivare i miei studenti cerco sempre di collegare i concetti che spiego con le cose della vita di tutti i giorni.

La pandemia di Sars-CoV-2 mi ha reso facile spiegare la radiazione infrarossa, poiché in molti luoghi troviamo dispositivi che misurano la temperatura in modo rapido e a distanza. Questi termometri sono sensori di fotoni che catturano la radiazione infrarossa emessa dal nostro corpo. La luce ultravioletta UVC invece può essere utile per disinfettare, perché può distruggere eventuali agenti patogeni.

Per un esame del sangue, di solito dobbiamo andare in un ambulatorio dove riempiono diverse provette con il nostro sangue e dobbiamo aspettare alcuni giorni per i risultati. Grazie all'efficace interazione tra fotoni e nanoparticelle d'oro, possiamo ridurre un laboratorio di analisi del sangue a un chip di pochi centimetri che ci permette di ottenere i risultati in soli 10 minuti da una singola goccia di sangue.

Questa tecnologia sviluppata da Droplite (una società spin-off dell’ICFO nata nel 2018) si sta attualmente validando per rilevare ormoni legati al ciclo riproduttivo, allergie, anticorpi per alcune malattie veterinarie o umane (come la malaria e la COVID-19), ma ha molte altre potenziali applicazioni.

(Foto: prototipo di Droplite)

Il grafene è il primo materiale 2D ad essere stato fabbricato al mondo. Nonostante abbia uno spessore di un solo atomo, il grafene è stabile e sorprendentemente forte. Le sue proprietà fisiche ne fanno un ottimo conduttore di calore ed elettricità, oltre ad essere flessibile, estensibile e trasparente. Tutte queste caratteristiche fanno del grafene un materiale molto interessante per lo sviluppo di nuove tecnologie.

Le istituzioni sono consapevoli del potenziale di questo materiale e hanno creato la Graphene Flagship (a livello europeo) e GraphCAT (a livello locale) per accelerare la ricerca su questo materiale e portare i suoi benefici alla società. L’ICFO impiega alcuni dei maggiori esperti mondiali nel campo del grafene, partecipando a molti dei progetti di queste due reti.

(Foto: fotocamera a banda larga basata su grafene progettata da un gruppo dell’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)

Siamo abituati a film o piattaforme musicali che ci suggeriscono cosa guardare o ascoltare in accordo con le nostre preferenze. Questo è possibile perché gli algoritmi possono imparare, se diamo loro una serie di esempi iniziali: è una branca dell'intelligenza artificiale chiamata machine learning.

Oltre a migliorare i servizi tecnologici, il machine learning è anche molto utile per chi cerca di risolvere problemi scientifici complessi. All’ICFO, utilizziamo l'intelligenza artificiale per trovare nuove strategie per risolvere complessi problemi di fisica quantistica, prevedere il movimento di singole particelle (molto importante per la biologia) o aumentare la velocità di calcolo (ottimizzazione) per alcuni algoritmi complessi che si applicano a significative attività quotidiane i problemi.

A priori, il sapere non è negativo: è l'uso che ne fanno le persone che talvolta crea conseguenze negative. Sappiamo che i progressi scientifici negli ultimi anni hanno portato immensi benefici, ma anche nuovi modi di attaccare la sicurezza e la libertà delle persone.

È proprio necessario fare ricerca su qualsiasi argomento, pur sapendo che in alcuni casi un uso improprio può mettere in pericolo la società?

Durante gli anni della Guerra Fredda, la maggior parte delle scoperte fatte nei paesi sovietici furono pubblicate in russo e quindi non erano facilmente accessibili a livello globale. È evidente che una comunicazione chiara ed efficace è al centro del progresso scientifico.

Oggi l'inglese è ampiamente utilizzato come lingua franca. Gli scienziati che non parlano bene l'inglese possono essere svantaggiati, perché è più difficile per loro esprimersi correttamente e diffondere le loro idee e risultati rispetto ai loro colleghi madrelingua inglese. Come possiamo garantire pari opportunità indipendentemente dalla lingua madre degli scienziati, pur mantenendo un linguaggio comune che consenta una comunicazione rapida ed efficace all'interno della comunità scientifica?

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.