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Quali
conoscenze di base per comprendere l’innovazione?
La Scuola si pone
come obiettivo l’individuazione e il conseguente approfondimento delle conoscenze di base che sono
necessarie nel campo della biologia, della chimica e della fisica per
comprendere e comunicare i contenuti fondamentali della moderna ricerca scientifica e tecnologica.
In questo modo si intende perseguire
due fini: da un lato una maggiore sensibilizzazione
nei confronti della ricerca scientifica come protagonista del progresso,
dall’altra la dimostrazione dell’importanza di acquisire correttamente quei concetti fondamentali che, spesso,
appaiono astratti e privi di un riscontro pratico.
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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 a effetto tunnel,
sviluppata da R.Beeni alla IBM - premio Nobel per questo - che consente 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 Richard 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". Oggi, l'ambizioso progetto dei
chimici è costruire congegni, dispositivi, e macchine a livello molecolare,
capaci di svolgere funzioni utili. Si tratta di costruire molecole capaci di
compiere atti specifici (ad esempio, assorbire un fotone, trasferire un
elettrone), poi di assemblarle in strutture supramolecolari organizzate in
modo che l'insieme coordinato delle azioni dei componenti possa dar luogo ad
una funzione utile. Nell’ultima
decade i nanomateriali sono stati oggetto di enorme interesse ed è
comunemente diffusa l’idea che possano provocare una vera e propria
rivoluzione tecnologica al pari dell’avvento dell’elettronica e
dell’informatica. Per capire quanto concrete siano le aspettative, basti
pensare che nel 1997 i finanziamenti per la ricerca e sviluppo di
nanomateriali negli USA ammontavano a 116 milioni di dollari e che nel giro
di soli tre anni sono aumentati a 270 milioni di dollari. Cifre analoghe sono
state investite in Europa e Giappone. I nanomateriali sono caratterizzati
dall’avere almeno una delle dimensioni inferiore a 100 nm e un elevato
rapporto tra area superficiale e volume, con conseguente prevalenza delle caratteristiche degli
atomi di superficie su quelle degli atomi interni. Alcune proprietà dei
nanomateriali sono influenzate dalle leggi della fisica atomica piuttosto che
dal comportamento del materiale solido bulk . La varietà di nanomateriali
e delle matrici in cui possono essere dispersi è elevata, per cui le
potenziali applicazioni riguardano diversi settori di attività,
dall’agroalimentare all’energia e ambiente, dai mezzi di trasporto alla
farmaceutica e biomedicale, dalla meccanica ed elettromeccanica al tessile e
abbigliamento, dalla chimica e petrolchimica all’elettronica e alle
tecnologie dell’informazione.
E’
evidente che, oltre ad una adeguata conoscenza delle caratteristiche
fondamentali delle proprietà della materia su scala nanometrica e delle
potenziali applicazioni, per comprenderne sufficientemente le rilevanza
tecnologica, i presupposti teorici fanno riferimento a concetti di struttura della
materia e della connessione fra le proprietà microscopiche ed il
comportamento macroscopico.
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