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Quale futuro ci riserva l’elettronica?



Giovanni De Micheli dirige dal 2008 l’Istituto di ingegneria elettronica del Politecnico Federale di Losanna

Giovanni De Micheli dirige dal 2008 l’Istituto di ingegneria elettronica del Politecnico Federale di Losanna

(swissinfo.ch)

Molte delle apparecchiature elettroniche che usiamo quotidianamente funzionano grazie a transistor o circuiti integrati minuscoli. Ma quanto e come l’emergenza delle nanotecnologie sta cambiando lo sviluppo dell’elettronica e quali sorprese ci riserva il futuro?

Ne abbiamo parlato con il professor Giovanni De Micheli che, dopo aver passato una ventina d’anni a Silicon Valley, è ora professore e direttore dell’istituto di Ingegneria Elettronica al Politecnico Federale di Losanna e responsabile del progetto nano-tera.

swissinfo.ch: Professor Giovanni De Micheli cos’è la nanotecnologia?

Giovanni De Micheli: Di solito si parla di nanotecnologia quando la tecnologia gestisce dispositivi o strutture dell’ordine da 1 a 100 nanometri. Nel caso dell’elettronica ad esempio, lo sviluppo della tecnologia ha permesso di arrivare a un nodo tecnologico di 32 nanometri -cioè queste sono approssimativamente le dimensioni di un transistor o di un contatto all’interno di un circuito integrato- quindi siamo già con le tecnologie normali nell’ambito delle nanotecnologie.

swissinfo.ch: Qual è l’innovazione permessa da questo tipo di tecnologia?

G. D.M.: Ci sono 2 aspetti. Da un lato permette di arrivare a ridurre le dimensioni dei dispositivi al massimo, sfruttando in maniera intelligente le proprietà della materia. Dall’altro lavorando su queste dimensioni, che sono simili a quelle usate dagli oggetti biologici -cioè virus, batteri, proteine-, è possibile creare strutture nuove che facciano cose nuove. Nel nostro caso circuiti elettronici che abbiano un’interfaccia diretta con elementi biologici.

Penso che nel futuro dell’elettronica e dei calcolatori molto sarà dedicato all’interazione diretta tra esseri umani ed elettronica. Molto probabilmente la tastiera scomparirà e passeremo prima attraverso sistemi vocali o sistemi direttamene controllati dall’occhio o dalla tensione nervosa, e poi a delle interfacce neuronali che ci permetteranno di comunicare con i sistemi di informazione.

swissinfo.ch: Lei professor De Micheli è responsabile del programma nano-tera. In cosa consiste e che obiettivi ha?

G. D.M.: Negli ultimi 20 anni l’elettronica ha supportato soprattutto la crescita dei calcolatori, dei telefoni, dei sistemi di intrattenimento, ma può fare tanto per migliorare la vita dell’uomo. Essa ha una potenzialità enorme sia nell’ambito della diagnostica medica, che in quello del controllo dell’ambiente. Edi questo ci occupiamo in nano-tera.

Il programma è nato circa 2 anni fa con un grosso finanziamento del governo federale. Coinvolge diverse università svizzere e al momento comprende 19 grossi progetti alcuni orientati verso la salute, altri verso l’ambiente e altri verso le tecnologie di base che poi possono essere utilizzate sia per l’ambiente sia per la salute.

swissinfo.ch: Ci può fare un esempio concreto?

G. D.M.: Nel progetto i-IronIC, ad esempio, vogliamo realizzare un circuito, un sensore, all’interno di un ago che può essere iniettato nel corpo umano e utilizzato per fare un monitor in tempo reale di varie quantità metaboliche.

Questo sensore può essere utile ai diabetici o a persone che hanno complicazioni cardiache, soprattutto per vedere qual è l’evoluzione di certi marker e quali sono le possibilità del malato di entrare in un periodo a rischio. L’obiettivo di dare la massima autonomia al paziente e di segnalare in anticipo condizioni che possono essere critiche.

swissinfo.ch: Nel programma nano-tera oltre a diversi istituti universitari è coinvolta anche l’industria. In che modo?

G. D.M.: Nel caso del progetto i-IronIC ci sono ben due industrie che fanno parte del consorzio. Da un lato c’è la Menarini Diagnostic, una compagnia che attualmente usa queste tecnologie per il diabete ed è interessata all’avanzare dell’arte, per esempio, nel dominio delle malattie cardiache.

Dall’altro c’è la Nestlè, che è interessata al discorso della ‘personal nutrition’ e quindi a vedere quali sono gli effetti dell’alimentazione su particolari condizioni, o di persone malate o di sportivi o anche di ragazzi.

swissinfo.ch: Qual è il futuro delle nanotecnologie nell’elettronica?

G. D.M.: Guardando al futuro il prossimo passo sarà il collegamento delle reti di comunicazione come internet con dispositivi nanotecnologici che possono permettere di capire cosa succede nell’ambiente oppure all’interno di un essere vivente. L’esempio più semplice che possiamo vedere è il controllo degli oceani. La possibilità di mettere in rete dei sensori di tipo sismico è stata già realizzata e adesso ci sono dei sensori che permettono di prevedere delle onde di Tsunami. Ma questo discorso deve essere generalizzato.

All’interno di nano-tera, ad esempio, studiamo dei sensori per il controllo dei ghiacciai, col global warmig. In Svizzera ci sono dei ghiacciai pensili che possono essere estremamente pericolosi per alcuni villaggi, e sappiamo benissimo che bastano 2 giorni di pioggia per creare delle alluvioni e delle perdite di vite umane. Quindi la distribuzione sul territorio di sensori che prelevano l’umidità, la siccità, certi dati dell’atmosfera, ci permette di prevedere il tempo e mettere in rete tutti questi dati controllando il territorio e aiutando la popolazione a mettersi in salvo in caso di calamità naturali.

Il passo ulteriore sarà poi connettere in rete delle informazioni di tipo biologico. Secondo me sarà possibile negli anni futuri creare dei controlli batteriologici alle frontiere o nei punti di transito per proteggere la popolazione da possibili pandemie.

swissinfo.ch: Che ruolo gioca la Svizzera nel campo delle nano scienze?

G. D.M.: La Svizzera è molto forte nel settore delle nano scienze e della nanotecnologia e ha un rapporto pubblicazioni e brevetti per abitanti che probabilmente è il più alto del mondo. Quello che purtroppo in Svizzera succede meno è il trasferimento delle tecnologie tra la scienza e l’ingegneria.

Uno degli obiettivi delle politiche dell’EPFL e anche una delle strategie di nano-tera è quella di creare un collegamento tra le nano scienze e l’ingegneria e quindi provocare un cammino di ingegnerizzazione delle idee. È da notare che ingegnerizzare le idee coinvolge della ricerca, non è soltanto sviluppo, ma è molto importante per la Svizzera passare dai risultati di laboratorio alla creazione di piccole start up, di piccole compagnie che a loro volta mettono i prodotti sul mercato.

swissinfo.ch: Professor De Micheli in questi anni le nanotecnologie hanno creato grandissimi entusiasmi ma anche tantissime paure. Si tratta di paure giustificate?

G. D.M.: Penso che certe paure sono parzialmente giustificate e al momento non vedo particolari pericoli delle nanotecnologie, se usate in maniera appropriata. È chiaro che qualsiasi composto chimico può essere tossico. Elementi tossici sono all’interno di qualsiasi oggetto che abbiamo con noi -per esempio una macchina fotografica digitale o un circuito elettronico- però nessuno smonta una macchina fotografia o gratta un circuito per andare ad estrarre un composto che potrebbe essere altamente cancerogeno.

Allo stesso modo però dobbiamo creare anche dei sistemi di protezione legali per evitare che certi individui utilizzino certe tecnologie a fin di male creando dispositivi, ordigni o soprattutto inquinamento di tipo nanotecnologico che può essere pericoloso per la popolazione.

Paola Beltrame, swissinfo.ch, Losanna

Le rivoluzioni dei transistor

Lo sviluppo dei circuiti integrati dagli anni 70 ha attraversato varie rivoluzioni. La più grossa è stata quella della sintesi cioè dei metodi informatici che permettono di creare circuiti a partire da dei programmi, cioè oggi si progetta un circuito integrato come si scrive un programma software.

Lo sviluppo della tecnologia ha inoltre permesso di arrivare a un nodo tecnologico di 32 nanometri, dimensioni queste di un transistor o di un contatto all’interno di un circuito integrato. La riduzione di dimensione ha però un limite fisico, non si possono infatti fare transistor più piccoli delle dimensioni molecolari.

Ma l’emergenza di tecnologie nano ha portato dei successi nella nano elettronica favorendo la ricerca di dispositivi che hanno strutture diverse e dove è possibile arrivare a dimensioni più piccole e più compatte sempre mantenendo i costi di fabbricazione entro termini tollerabili.

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Nano-tera

È un programma federale svizzero nato nel 2008 che ha stanziato un fondo per progetti scientifici. Il budget totale di 120 milioni per 4 anni di ricerca è finanziato per il 50% dal governo federale e per il restante 50% dai partecipanti al progetto.

nano-tera coinvolge istituti universitari - tra cui il politecnico di Losanna e di Zurigo, l’università della svizzera italiana, il CSEM di Neuchâtel e anche le università di Basilea, Neuchâtel e Ginevra - e aziende che operano nel campo delle nanotecnologie creando dei consorzi sui singoli progetti.

Attualmente nano-tera sponsorizza 19 grossi progetti, alcuni orientati verso la salute, altri verso l’ambiente e altri verso le tecnologie di base che poi possono essere utilizzati sia per l’ambiente sia per la salute.

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Giovanni De Micheli

Giovanni De Micheli si è laureato in ingegneria nucleare al Politecnico di Milano nel 1979 e ha proseguito gli studi all’università di Berkeley conseguendo nel 1980 e nel 1983 un master e un dottorato in ingegneria elettronica e in scienze dell’informatica.

Ha lavorato all’IBM di New York ma poi è tornato in California all’università di Stanford, dove è stato professore di elettronica fino al suo trasferimento in Svizzera. Dal 2008 è direttore dell’istituto di Ingegneria Elettronica e del Centro di Sistemi integrati al Politecnico Federale di Losanna (EPFL).

Nelle sue ricerche De Micheli si è occupato delle diverse tecnologie legate alla concezione e al design di sistemi integrati che includono piattaforme eterogenee comprendenti componenti elettrici, ottici, micromeccanici e biologici. È autore di libri e di oltre 300 articoli.

Membro dell’istituto internazionale di ingegneria elettrica ed elettronica (IEEE), dove ha occupato diverse funzioni direttive, De Micheli attualmente presiede il comitato scientifico del (CSEM) Centro Svizzero di Elettronica e Microtecnica a Neuchâtel ed è membro fondatore e consigliere scientifico dell’ALaRI, l’Istituto di ricerca e studi avanzati dell’università di Lugano. È inoltre il responsabile del programma federale nano-tera.

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