Giorno 2 di 5
Una serie in 5 puntate per capire cosa ci aspetta domani
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I FONDAMENTI TEORICI CHE TRASFORMANO IL POSSIBILE
L’edificio che ospita il Centro Ricerche Avanzate è un complesso di vetro e acciaio sostenibile con decine di laboratori all’avanguardia dove ricercatori di diverse discipline collaborano per trasformare teorie scientifiche in realtà concrete.
Tappa 1 - Schermi giganti e molecole infinitesimali
Anna è in visita, la prima tappa è il laboratorio di nanotecnologie: schermi giganti mostrano strutture molecolari che i ricercatori manipolano con gesti precisi grazie a microscopi che permettono di “vedere” e spostare singoli atomi.
Sono particelle che hanno un diametro di appena 50 nanometri, circa 2000 volte più sottili di un capello umano. Le nanoparticelle possono attraversare la barriera ematoencefalica per trattare malattie neurologiche che fino a pochi anni fa erano considerate incurabili.
Tappa 2 - Correggere il DNA di persone e piante
Nel laboratorio accanto, i biotecnologi lavorano con la tecnologia CRISPR-Cas9, un sistema di editing genetico preciso che permette di “correggere” il DNA.
«Con questa tecnologia» spiega Virgilia, la guida di Anna, «stiamo sviluppando terapie per malattie genetiche rare, ma anche creando nuove varietà di piante resistenti alla siccità e capaci di crescere in condizioni climatiche estreme. La stessa scienza che ci permette di curare malattie può anche aiutarci ad affrontare la crisi alimentare e climatica».
Tappa 3 - Zero, Uno, o entrambi contemporaneamente
Anna è affascinata dalla sezione di fisica quantistica dove i ricercatori lavorano su computer che sfruttano le leggi della meccanica quantistica per eseguire calcoli impossibili per i computer tradizionali.
«I computer che usiamo oggi codificano le informazioni in bit, che possono essere 0 o 1», spiega l’onnisciente Virgilia.
«I computer quantistici usano qubit, che grazie al principio di sovrapposizione quantistica possono essere 0, 1 o entrambi contemporaneamente. Questo ci permette di risolvere problemi complessi in pochi secondi anziché in migliaia di anni».
Tappa 4 - Vestirsi con materiali intelligenti
L’ultima tappa è il laboratorio di scienza dei materiali, dove i ricercatori stanno sviluppando materiali programmabili che cambiano proprietà in risposta a stimoli esterni.
«Questo tessuto» dice Virgilia mostrando un campione di stoffa apparentemente normale, “contiene polimeri intelligenti che reagiscono alla temperatura. Può riscaldarsi quando fa freddo, raffreddarsi quando fa caldo, e persino modificare la sua permeabilità all’aria in base all’umidità. Immagina abbigliamento che si adatta automaticamente alle condizioni ambientali, o materiali da costruzione che regolano naturalmente la temperatura degli edifici.“
Ciò che Anna ha visto rappresenta solo la punta dell’iceberg delle rivoluzioni scientifiche che stanno trasformando il nostro mondo.
Le scoperte apparentemente astratte in laboratorio stanno rapidamente diventando tecnologie concrete che influenzano la nostra vita quotidiana.
NANOTECNOLOGIE: il potere dell’infinitamente piccolo
Le nanotecnologie operano a una scala così ridotta da sfidare l’immaginazione: un nanometro è un miliardesimo di metro. A questa scala, i materiali mostrano proprietà sorprendenti e completamente diverse da quelle che conosciamo nel mondo macroscopico.
Oggi le nanoparticelle vengono già utilizzate in:
Cosmetici che penetrano negli strati più profondi della pelle
Tessuti antimacchia e autopulenti
Sistemi di filtraggio dell’acqua ultraprecisi
Vernici e rivestimenti più durevoli e resistenti
Il potenziale futuro è ancora più rivoluzionario.
I ricercatori stanno sviluppando:
Nanorobot medici che possono individuare e distruggere cellule tumorali senza danneggiare i tessuti sani circostanti
Materiali nanocompositi ultraleggeri ma più resistenti dell’acciaio
Batterie con densità energetica decuplicata rispetto a quelle attuali
BIOTECNOLOGIE: riscrivere il codice della vita
Le biotecnologie moderne ci permettono di leggere, comprendere e modificare il codice genetico con una precisione senza precedenti. Il sequenziamento del genoma umano, completato nel 2003 dopo 13 anni di lavoro e miliardi di dollari, oggi può essere realizzato in poche ore per meno di 1000 euro.
Le applicazioni attuali riguardano:
Test genetici predittivi che identificano rischi di malattie prima che si manifestino
Terapie personalizzate basate sul profilo genetico del paziente
Biocombustibili prodotti da alghe modificate geneticamente
Colture resistenti a parassiti che riducono la necessità di pesticidi
Le frontiere future promettono:
Medicina rigenerativa con organi coltivati in laboratorio a partire dalle cellule del paziente
Terapie geniche che spengono geni difettosi o accendono geni protettivi
Bioplastiche completamente biodegradabili prodotte da batteri modificati
FISICA QUANTISTICA: le leggi dell’infinitamente strano
La fisica quantistica descrive il comportamento della materia e dell’energia a livello subatomico dove le regole intuitive del mondo macroscopico non si applicano più. Particelle che esistono in più stati contemporaneamente, che si influenzano istantaneamente a distanza, che si comportano come onde e come particelle allo stesso tempo.
Queste proprietà controintuitive stanno già trovando applicazioni in:
Crittografia quantistica per comunicazioni teoricamente impossibili da intercettare
Sensori quantistici ultra-precisi per misurazioni scientifiche avanzate
Primi computer quantistici sperimentali che risolvono problemi specifici
Nel prossimo futuro potremmo vedere:
Computer quantistici capaci di simulare sistemi molecolari complessi per scoprire nuovi farmaci
Reti di comunicazione quantistica che costituirebbero un “internet quantistico”
Simulatori quantistici che ci permetteranno di comprendere fenomeni fisici fondamentali finora inaccessibili
SCIENZA DEI MATERIALI: progettare la materia atomo per atomo
La scienza dei materiali moderni ci permette di progettare e sintetizzare materiali con proprietà su misura per applicazioni specifiche, spesso ispirandosi a soluzioni trovate in natura (biomimetica).
Oggi utilizziamo già:
Aerogel, il materiale solido più leggero al mondo, per isolamento termico super-efficiente
Materiali che ricordano la loro configurazione originale
Vetri autopulenti con rivestimenti idrofobici ispirati alle foglie di loto
Leghe metalliche amorfe più resistenti e flessibili dei metalli tradizionali
In via di sviluppo troviamo:
Metamateriali ottici che potrebbero rendere possibili tecnologie di invisibilità
Materiali autoriparanti che cicatrizzano automaticamente piccoli danni
Materiali che convertono direttamente il calore in elettricità con alta efficienza
Piccolo spazio CURIOSITÀ
Il primo computer quantistico commerciale, sviluppato da IBM nel 2019, utilizzava 53 qubit.
Nel 2023, IBM ha annunciato un processore quantistico da 1121 qubit.
Si stima che un computer quantistico con 4000 qubit potrebbe rompere gli attuali sistemi di crittografia in pochi minuti,
motivo per cui si stanno già sviluppando nuovi standard di crittografia “quantum-safe”.