Otto invenzioni rivoluzionarie svizzere del 2023

La tecnologia che ripristina la comunicazione tra il cervello e il midollo spinale che ha aiutato un uomo paralizzato a camminare di nuovo, l'uso delle piume di gallina per produrre elettricità e un raggio laser in grado di deviare i fulmini: sono alcune delle ricerche e delle innovazioni svizzere di quest'anno che potrebbero cambiare il nostro modo di vivere.

La Svizzera può vantare non solo delle incredibili bellezze naturali e paesaggistiche. Possiede anche un mondo accademico e di ricerca di successo. Le università e gli istituti di ricerca svizzeri sono tra i migliori al mondo e continuano ad attirare un numero crescente di studenti e studentesse di talento internazionali (12’300 nel 2020, ovvero il 17% in più rispetto al 2017), oltre a scienziati e scienziate. Il Paese alpino è uno dei più innovativi al mondo, con una reputazione di eccellenza in campo scientifico e tecnologico. La Svizzera investe il 3,3% del PIL annuale nella ricerca e nello sviluppo (dato del 2021).     

Abbiamo selezionato otto progetti di ricerca e innovazioni svizzeri che hanno attirato la nostra attenzione quest’anno.

Nuovi materiali per riparare stomaco e intestino

Le ferite allo stomaco e all’intestino possono mettere in pericolo la vita dei pazienti e delle pazienti. Esistono dei cerotti in grado di sigillare i tessuti danneggiati, ma si dissolvono troppo rapidamente. Ora dei gruppi di ricerca in Svizzera e nella Repubblica CecaCollegamento esterno hanno creato un cerotto fatto di polimeri speciali che si legano al tessuto intestinale e sigillano la ferita. In questo modo, il cerotto impedisce ai succhi gastrici e ai residui di cibo carichi di germi di fuoriuscire dal tratto digestivo e di provocare infiammazioni o addirittura setticemie potenzialmente letali. Il cerotto è anche dotato di un sensore che può inviare un allarme prima che i succhi gastrici fuoriescano nella cavità addominale.

Un drone resistente al calore per combattere gli incendi

I droni già trasportano le manichette antincendio sui grattacieli o sganciano prodotti estinguenti in aree remote per prevenire la propagazione degli incendi boschivi, ma solo a distanza di sicurezza. All’interno di un edificio in fiamme la temperatura può raggiungere i 1’000° Celsius. Per avvicinarsi alla fonte dell’incendio, gruppi di ricerca dei Laboratori federali svizzeri di scienza e tecnologia dei materiali (Empa) e dell’Imperial College di Londra hanno concepito un drone resistente al calore, denominato FireDrone, realizzato con materiali termicamente isolanti quali fibre di vetro e aerogel di poliimmide. Ricercatori e ricercatrici si sono ispirati alla natura e in particolare ad animali come i pinguini e le volpi artiche che vivono a temperature estreme grazie a strati di grasso o pelliccia.

Grazie a un rivestimento isolante in aerogel, FireDrone può raccogliere e inviare dati dal luogo dell’incendio, anche volando nelle sue vicinanze. Empa

Un uomo paralizzato cammina di nuovo grazie a un dispositivo controllato dal pensiero

Nel 2011 Gert-Jan ha avuto un incidente in bicicletta che lo ha lasciato paralizzato. Dodici anni dopo, il quarantenne olandese può stare in piedi, salire le scale e andare a fare la spesa grazie a speciali impianti nel cervello e nella colonna vertebrale e a una tecnologia wireless in grado di leggere i suoi impulsi cerebrali. Un’interfaccia cervello-computer è stata impiantata sopra la regione del cervello che controlla il movimento delle gambe. Questa tecnologia comunica con un impianto posizionato nella zona del midollo spinale che invia impulsi elettrici per stimolare il movimento dei muscoli delle gambe. L’interfaccia utilizza algoritmi basati su metodi di intelligenza artificiale per decodificare le registrazioni cerebrali in tempo reale.

Sembra fantascienza, ma il dispositivo che ripristina la comunicazione tra il cervello e il midollo spinale ideato da neuroscienziati del Politecnico federale di Losanna (EPFL), del Centro ospedaliero universitario vodese (CHUV) e della CEA, un’organizzazione di ricerca tecnologica finanziata dal Governo francese, ha avuto un grande impatto. “Qualche mese fa, per la prima volta dopo dieci anni, sono riuscito ad alzarmi e a bere una birra con i miei amici, il che è stato molto bello”, ha raccontato Gert-Jan. “Questo semplice piacere rappresenta un cambiamento significativo nella mia vita”.

Un “albero artificiale” svizzero produce idrogeno verde, ossigeno e calore

È un’antenna parabolica o un radiotelescopio? Nessuno dei due, è un “albero artificiale”, cioè un reattore solare unico nel suo genere, realizzato all’EPFL di Losanna, che promette di ovviare agli alti costi e alle difficoltà di trasporto legati allo sviluppo dell’idrogeno verde. La luce solare viene riflessa dallo specchio parabolico ed è concentrata nel reattore posizionato nel punto focale. Al suo interno, la corrente elettrica generata dal sole scinde le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno, in un processo simile alla fotosintesi delle piante.

Il prototipo ruota su sé stesso e segue la posizione del sole per massimizzare la produzione. Può produrre idrogeno anche in condizioni di tempo nuvoloso o di notte grazie al collegamento a una fonte di elettricità esterna. SoHHytech, la start-up dell’EPFL che lo ha sviluppato, afferma che il sistema ha un’efficienza superiore rispetto agli impianti convenzionali di produzione di idrogeno verde che funzionano con energia solare o idroelettrica.

SoHHytec sta collaborando con un’azienda svizzera per costruire un impianto dimostrativo che produrrà idrogeno rinnovabile per i processi di ricottura dei metalli, ossigeno per gli ospedali vicini e calore per riscaldare l’acqua della fabbrica. 

Un raggio laser puntato verso il cielo per deviare i fulmini

Un consorzio europeo guidato, tra gli altri, dall’Università di Ginevra e dall’EPFL, ha installato un raggio laser ad alta potenza puntato verso il cielo nelle Alpi dell’Appenzello, nella Svizzera nord-orientale, allo scopo di deviare i fulmini. Durante la fase sperimentale, il laser ha emesso mille impulsi al secondo ed è riuscito a intercettare con successo quattro fulmini.

Questo concetto, proposto per la prima volta negli anni Settanta, aveva funzionato in laboratorio, ma mai in condizioni reali. “Il nostro lavoro rappresenta un importante passo avanti nello sviluppo di una protezione contro i fulmini basata sul laser e destinata a infrastrutture sensibili quali aeroporti, parchi eolici e centrali elettriche”, ha dichiarato Jean-Pierre Wolf dell’Università di Ginevra. I fulmini causano ogni anno danni per miliardi di dollari a edifici, sistemi di comunicazione, linee elettriche e apparecchiature elettroniche. Inoltre, uccidono migliaia di persone.

I fulmini causano danni e uccidono migliaia di persone ogni anno. Keystone / Alessandro Della Bella

Una rete metallica per estrarre l’acqua dalla nebbia

I “raccoglitori di nebbia” – piccole reti a maglia fine – sono già utilizzati in Paesi aridi come Perù, Bolivia, Cile, Marocco e Oman per raccogliere piccole gocce di nebbia che si trasformano in diverse centinaia di litri d’acqua al giorno. Tuttavia, durante questo processo vengono catturati anche lo sporco e l’inquinamento e l’acqua non trattata non può essere consumata o utilizzata per cucinare.

Ricercatori e ricercatrici in Svizzera hanno sviluppatoCollegamento esterno una rete metallica appositamente rivestita che può estrarre l’acqua dalla nebbia e al contempo purificarla. Il filo metallico è rivestito da una miscela di polimeri e biossido di titanio. Quest’ultimo agisce come un catalizzatore chimico che rompe le molecole di molti degli inquinanti organici contenuti nelle gocce per renderli innocui. La tecnologia richiede poca o nessuna manutenzione. Inoltre, non necessita di energia, se non una piccola ma regolare dose di luce ultravioletta per rigenerare il catalizzatore.

Piume di gallina usate per generare elettricità

Ogni anno, 40 milioni di tonnellate di piume di gallina vengono incenerite nel mondo. Ciò rilascia grandi quantità di CO₂ e gas tossici quali l’anidride solforosa. Ma se le piume potessero essere utilizzate in modo proficuo? Scienziati e scienziate del Politecnico federale di Zurigo e della Nanyang Technological University di Singapore hanno trovato una soluzioneCollegamento esterno: estrarre la proteina cheratina dal piumaggio e convertirla in fibre ultra fini, note come fibrille amiloidi, che possono essere utilizzate nella membrana di una pila a combustibile.

Il cuore di ogni pila a combustibile è costituito da una membrana semipermeabile. Essa consente il passaggio dei protoni ma blocca gli elettroni, costringendoli a fluire attraverso un circuito esterno dall’anodo con carica negativa al catodo con carica positiva, producendo così una corrente elettrica. Nelle pile a combustibile convenzionali, queste membrane sono solitamente realizzate con sostanze chimiche altamente tossiche, che sono costose e non si decompongono nell’ambiente. La membrana a “piume di gallina”, invece, è costituita principalmente da cheratina biologica, non è nociva per l’ambiente ed è disponibile in grandi quantità.

Un “bastone intelligente” per le persone non vedenti e ipovedenti

Tre studenti del Politecnico di Zurigo hanno sviluppato un bastone bianco hi-tech che può aiutare le persone non vedenti e ipovedenti a orientarsi meglio e in sicurezza. Una telecamera e dei sensori forniscono un feedback aptico, ovvero delle vibrazioni. Il bastone scansiona il terreno e indica la direzione in cui una persona deve camminare per evitare gli ostacoli e le vibrazioni comunicano se si trova davanti a una porta, a un passaggio pedonale o a una scala. “Con un bastone bianco standard, è necessario percepire gli ostacoli davanti a sé e avanzare lentamente. Il nostro bastone consente all’utente non vedente di continuare a muoversi e di superare gli ostacoli in modo naturale”, spiega lo studente Arvid Gollwitzer.

ETH Zurich

Traduzione di Luigi Jorio