lunedì 26 ottobre 2015

Ottenuto il super acciaio, con rivestimento hi-tech: Numerose applicazioni, da edifici e navi alle stampanti 3D!

Fonte: ANSA Scienze
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L'acciaio diventa ancora più resistente, durevole e sicuro: questo grazie ad un nuovo materiale di rivestimento propellente che lo rende praticamente inattaccabile dalla corrosione, dalle incrostazioni e dai microrganismi. Questo 'super-acciaio', descritto sulla rivista Nature Communications dai ricercatori dell'università di Harvard, potrà avere numerose applicazioni: dalla costruzione di edifici e navi alla produzione di ugelli per stampanti 3D che usano materiali viscosi, fino alla realizzazione di protesi e ferri chirurgici più sicuri contro il rischio di infezioni.

Il suo segreto sta proprio nel rivestimento hi-tech, formato da una sottilissima pellicola di ossido di tungsteno che viene deposta con una tecnica elettrochimica già usata nella produzione dell'acciaio. Questo film è formato da centinaia di migliaia di microscopiche 'isole' di ossido di tungsteno.

''Se una parte di un'isola viene distrutta, il danno non si propaga al resto della superficie, perché l'isola non è interconnessa con quelle vicine'', spiega il ricercatore Alexander B. Tesler. ''Questa struttura a isolotti, combinata con la resistenza e la ruvidità dell'ossido di tungsteno - aggiunge l'esperto - permette alla superficie di mantenere le sue proprietà repellenti anche nelle applicazioni più abrasive, cosa impensabile finora''.

mercoledì 21 ottobre 2015

Dall’analisi delle impronte digitali si potrebbe risalire ai nostri antenati.

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Dall’analisi delle impronte digitali si potrebbe risalire ai nostri antenati. Lo hanno capito Ann H. Ross della North Carolina State University e Nichole A. Fournier della Washington State University esaminando le impronte dell’indice destro di 243 persone. La ricerca, pubblicata su American Journal of Physical Anthropology, è stata condotta su donne e uomini afroamericani e caucasici (di origine euroamericana), allo scopo di individuare eventuali caratteristiche specifiche attribuili al genere o alla stirpe di discendenza.
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Mentre il confronto tra uomini e donne non ha fornito dati rilevanti, la comparazione tra persone afroamericane ed euroamericane ha evidenziato differenze significative tra i due gruppi, ad indicare come le impronte digitali rivelino tratti unici non solo per il singolo individuo ma anche per il suo gruppo etnico di appartenenza. E non è tutto. Secondo i risultati della ricerca, le differenze etniche si riscontrano anche nei dettagli più piccoli, osservabili in quello che gli esperti chiamano “livello 2”.
Infatti, l’esame di un’impronta digitale – ovvero l’alternarsi di creste e solchi visibili ad occhio nudo sui polpastrelli delle dita delle mani (detti dermatoglifi), e caratterizzati dall’immutabilità (non cambiano nel tempo) e dall’irripetibilità (sono specifiche in ognuno di noi) – può essere effettuata a partire da tre livelli d’analisi, caratterizzati da un dettaglio sempre maggiore.
Il livello 1, solitamente utilizzato dagli antropologi per studiare le strutture delle popolazioni, permette di individuare i tipi di pattern (archi, anelli e spirali) e i conteggi delle creste, ma non è sufficiente per capire a quale persona appartenga un’impronta. Nel livello 2 si scende più nel dettaglio, analizzando variazioni specifiche delle creste (dette minuzie), “uniche” in ogni individuo: in particolare le biforcazioni (i punti in cui si dividono) e le terminazioni (quando si interrompono bruscamente). Infine il livello 3 permette di osservare dettagli microscopici come i pori per la sudorazione, ma richiede l’acquisizione di immagini ad altissima qualità non sempre ottenibili. Quest’ultimi due livelli vengono impiegati nelle investigazioni forensi, poiché consentono di risalire all’identità di un individuo ed accertarne, ad esempio, la presenza sulla scena di un crimine.
Concentrandosi sul livello 2, le ricercatrici hanno osservato come la probabilità di avere delle biforcazioni fosse sei volte maggiore nella popolazione afroamericana rispetto a quella euro-americana. Una differenza significativa in grado di predire il ceppo d’origine di una persona.
In realtà l’ipotesi di una corrispondenza tra gruppi etnici ed impronte digitali era stata già dimostrata in passato in ricerche che, però, si erano soffermate al livello 1, confrontando caratteristiche più generali come la frequenza dei diversi tipi di pattern. Lo studio attuale, oltre a fornirne un’ulteriore conferma, dimostra come la storia dei nostri antenati sia identificabile anche nei dettagli più piccoli dei nostri polpastrelli: l’equivalente di riconoscere una catena montuosa non grazie alle principali cime (livello 1) ma osservando la forma dei suoi ruscelli e sentieri (livello 2).
“Il nostro è il primo studio ad analizzare il problema a questo livello di dettaglio, e i risultati sono estremamente promettenti”, afferma Ann Ross, sottolineando, però, come molto lavoro debba essere ancora svolto utilizzando gruppi più ampi e con origini più diversificate.
La ricerca, inoltre, combinando una variabile come le minuzie con l’analisi delle diverse strutture inter-etniche, studiate dagli antropologi a livello globale, rappresenta non solo una novità metodologica, ma anche un invito alla collaborazione tra antropologi e investigatori forensi. Secondo gli autori, infatti, questi risultati rafforzano la complessità dei meccanismi biologici alla base dello sviluppo stesso delle impronte, la cui comprensione sempre più profonda consoliderà ulteriormente la scienza delle impronte e la validità del loro utilizzo nelle indagini investigative.
Riferimento: Fournier, N. A. and Ross, A. H. (2015), Sex, Ancestral, and pattern type variation of fingerprint minutiae: A forensic perspective on anthropological dermatoglyphics. Am. J. Phys. Anthropol. doi: 10.1002/ajpa.22869
Credits per l’immagine: Jason Armstrong/Flickr CC

CityMobil2: il primo autobus di servizio pubblico senza conducente.

Fonte: Euronews.com
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Le porte si chiudono e il viaggio comincia. Ma non ci sono passeggeri e neanche l’autista. Nella cittadina di Trikala, Grecia centrale, ecco il primo autobus servizio pubblico senza conducente. Rientra nel progetto CityMobil2 che tra partner privati e l’Unione Europea punta a una nuova offerta.
Questa piattaforma pilota attrae esperti da tutto il mondo, anche dal Giappone, che vengono qui per capire di cosa si tratta. Il project manager di CityMobil2 sostiene che non si vuole eliminare la categoria dei conducenti di autobus ma creare le possibilità per un supporto automatizzato a certe linee.
Il bus realizzato dalla francese Robosoft è lungo 5 metri e largo 1metro e mezzo. Puo’ trasportare piu’ di 10 persone, 11 passeggeri incluso un disabile. Viaggia a 20 km/h su un percoso prestabilito di quasi 2 km e mezzo di strada pianeggiante. L’elettricità viene da 12 batterie che si ricaricano in due ore. Le autorità locali hanno fatto campagna d’informazione per avvertire i potenziali passeggeri e guidatori. Gli automobilisti negligenti vengono multati per invasione delle corsie riservate agli autobus. In sala di controllo i tecnici registrano tutto. Se c‘è un problema si avvertela polizia stradale o si manda un conducente autorizzato a intervenire sul veicolo.
Trikala ha una lunga tradizione di rispetto dei ciclisti da parte degli automobilisti ma c‘è stata una opposizione all’autobus. Si dice che sono state persi dei parcheggi per le auto. Il sindaco è convinto della bontà della sua scelta. I bus lasceranno Trikala a fine febbraio e la loro corsia si trasformerà in una pista ciclabile. La città spagnola di Leon, è la loro prossima tappa. Oltre a Trikala e Leon, Milano in Italia, La Rochelle in Francia e Vantaa in Finlandia parteciperanno a questo progetto pilota ospitando la movimentazione sperimentale di questi bus per sei mesi.

martedì 20 ottobre 2015

Con l'effetto antibatterico dei LED a luce blu, i cibi durano di più!

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Frutta, verdure, pesce e carne durano più a lungo se illuminati da luci a led purché siano blu. A scoprire l'effetto antibatterico dei dispositivi sui principali patogeni di origine alimentare, è uno studio dell'Università nazionale di Singapore (Nus) all'interno del Programma alimentare Scienze e Tecnologie della Facoltà di Scienze, che apre nuove possibilità sui metodi di conservazione degli alimenti senza l'uso di sostanze chimiche.
E quanto è più fresco l'ambiente, con temperature tra 4 e 15 C, più è efficace l'effetto dei led sui cibi acidi quali la frutta in busta di IV gamma, che possono essere conservati senza ulteriori trattamenti comunemente necessari. L'esposizione all'illuminazione a led blu, secondo i ricercatori, può provocare la morte delle cellule batteriche le quali sono dotate di determinati composti fotosensibili proprio alla luce blu. Gli studi, infatti, valutano l'effetto antibatterico dei led aggiungendo foto sensibilizzatori ai campioni degli alimenti, oppure li utilizzano ad una distanza inferiore ai 2 cm, tra la sospensione batterica e la sorgente luminosa.
Sono stati messi sotto i led a luce blu tre patogeni di origine alimentare, Listeria monocytogenes, Escherichia coli e Salmonella e, variando le condizioni di pH da acide ad alcaline, ne hanno via via verificato l'inattività. Si tratta di una tecnologia che apre un capitolo importante per tutta la filiera agroalimentare, consumatori compresi, che va a toccare sia l'aspetto della sicurezza degli alimenti sia quello economico; può essere applicata agli impianti di refrigerazione e alla catena del freddo per la conservazione di tanti alimenti, ma può risultare utile anche a commercianti, punti di ristoro, supermercati e fornitori di prodotti alimentari.

lunedì 19 ottobre 2015

In fase di sviluppo le prime lenti a cristalli liquidi anti-presbiopia.

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Sono in fase di sviluppo le prime lenti a cristalli liquidi - il materiale degli schermi Tv e degli smartphone - anti-presbiopia, un problema tipico degli anziani. Secondo quanto riferisce il quotidiano britannico The Times, le lenti potrebbero essere già pronte e disponibili sul mercato nel giro di dieci anni. Ad adoperarsi per il loro sviluppo è il fisico Devesh Mistry che lavora tra University of Manchester e University of Leeds. Le lenti si impianteranno nell'occhio degli anziani con un breve e semplice intervento in anestesia locale. La presbiopia è un segno inevitabile dell'età che avanza: non è una malattia bensì il deterioramento fisiologico della lente dell'occhio dovuto agli anni che avanzano. La lente diventa rigida e non riesce più a flettersi in risposta ai movimenti dei muscoli oculari per mettere a fuoco le cose vicino all'occhio, rendendo impossibile leggere o fare qualsiasi altra attività che implichi il guardare da vicino (per esempio cucire).
Secondo il fisico britannico gli occhiali da lettura potranno essere sostituiti da queste lenti fatte di un materiale che non è né liquido né solido né gassoso. E' questo il segreto dei cristalli liquidi, sono ad uno stato di materia che permette loro di cambiare forma in risposta a stimoli meccanici o elettrici (per questo sono sfruttati per gli schermi TV). Inserita al posto della lente vecchia e irrigidita, la lente a cristalli liquidi potrà curvarsi all'occorrenza in risposta ai movimenti dei muscoli oculari, rimanendo sempre "giovane" e flessibile.

Il computer batte l'uomo in intuito: Si chiama Data Science Machine, costruito al MIT di Cambridge.

Fonte: ANSA Scienze
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Per la prima volta un computer dimostra un intuito superiore a quello umano. Si chiama Data Science Machine e per gli studenti del Massuchessets Institute of Technology (MIT) di Cambridge che lo hanno costruito, è ''un complemento naturale all'intelligenza umana''. La macchina, i cui dettagli saranno presentati a fine ottobre nell' International Conference on Data Science and Advanced Analytics, riesce infatti a fare le scelte 'giuste' analizzando enormi quantità di dati, grazie ad un algoritmo.
Per testare questo prototipo, i ricercatori del MIT lo hanno iscritto a tre competizioni su dati scientifici, nelle quali doveva misurarsi contro squadre 'umane' per elaborare dei modelli predittivi su gruppi di dati sconosciuti.
Delle 906 squadre partecipanti, il gruppo di Data Science Machine è riuscito a batterne 615. In due di queste sfide, le previsioni fatte da Data Science Machine sono state accurate al 94% e 96% come quelle dei vincitori, mentre nella terza gara è stato dell'87%. Ma ci sono stati gruppi 'umani' che hanno faticato per mesi, mentre Data Science Machine ci ha impiegato molto meno, solo tra le 2 e 12 ore.
''Data Science Machine secondo noi è un complemento naturale all'intelligenza umana. Ci sono così tanti dati da analizzare, e questa può essere l'inizio di una soluzione'', commenta Max Kanter, uno dei ricercatori. Rispetto ai database tradizionali, che immagazzinano tipi diversi di dati in tabelle differenti, indicando le relazioni con degli identificativi numerici, Data Science Machine traccia queste associazioni e le usa come segnale per costruire delle configurazioni, mescolandole, facendo medie e altre operazioni sulla base delle quali riesce a fare selezioni e scelte, arrivando a fare previsioni più accurate.

Articolo originale (in inglese)

Energia dal calore umano: Lumen è la torcia senza batterie.

Fonte: Rinnovabili.it
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Da giovane ingegnere arriva sul mercato la torcia elettrica che si alimenta con il calore corporeo. Dotata di un piccolo condensatore, riesce a stoccare l’energia che non impiega nell’immediato.
Dopo aver aperto alle braccia a manovelle e piccole celle solari, le torce elettriche fanno un salto direttamente nel futuro. Un futuro in cui per far luce in una stanza buia basterà solamente il calore delle proprie mani. A rendere ciò possibile potrebbe essere Rost, giovane ingegnere e inventore di Lumen, la torcia elettrica che si alimenta con il calore corporeo. L’idea non è certo una novità: da tempo i ricercatori stanno sperimentando generatori termoelettrici indossabili per prolungare la durata delle batterie nei piccoli dispositivi elettronici; la stessa trovata della luce portatile alimentata dal calore umano è stata presentata addirittura da studenti di liceo. Questa però, Rost ne è sicuro, è la prima volta che un dispositivo del genere ha possibilità di raggiungere il mercato di massa. Il progetto è stato caricato sul sito di crowdfunding kickstarter e in soli 26 giorni la campagna ha raccolto già oltre 30mila dollari.
Lumen si basa su un principio relativamente, quello dei generatori termoelettrici. Questi sfruttano l’effetto Seebeck, secondo cui, in un circuito costituito da conduttori metallici o semiconduttori, una differenza di temperatura genera elettricità. In questo caso la differenza di temperatura è quella esistente tra il corpo umano (circa 36,5° C) e quella dell’ambiente naturale. Lumen è progettata per produrre circa 15 mA ad una tensione di 3 V, sufficiente per alimentare un LED con emissione di luce di 3000 mCd. L’energia in eccesso viene memorizzata in un condensatore interno. Il corpo della torcia è in alluminio lavorato o titanio, e pesa a seconda del materiale tra i 35 g e i 45 g. Questi metalli sono non solo durevoli, ma raddoppiano la capacità come dissipatori di calore per contribuire a rendere il lavoro del generatore termoelettrico più efficiente. Inoltre è possibile ordinare Lumen con una minuscola fiala trizio e fosforo incorporata per trovare anche al buio la torcia: questa combinazione – usata anche per gli orologi – assicura una radioluminescenza per oltre un decennio.


mercoledì 14 ottobre 2015

Cervello: Fede e pregiudizi 'cancellati' con la stimolazione magnetica.

Fonte: ANSA Scienze
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C'è un'area del cervello dove 'nascono' le ideologie, da quelle religiose fino ai pregiudizi sugli immigrati. Lo hanno dimostrato, con un singolare esperimento, i ricercatori coordinati da Colin Holbrook, dell'università della California a Los Angeles, che con la stimolazione magnetica cerebrale sono riusciti a 'cancellare' la fede in Dio e i pregiudizi nei confronti degli immigrati.
 Nella ricerca, descritta sulla rivista Social Cognitive and Affective Neuroscience, gli studiosi hanno bersagliato con la stimolazione magnetica la corteccia cerebrale frontale, specializzata nel rilevare i problemi pratici e risolverli. Metà dei partecipanti ha ricevuto una 'finta' stimolazione, mentre l'altra metà ha avuto abbastanza energia per ridurre l'attività dell'area cerebrale 'bersaglio'. Poi a tutti è stato chiesto di pensare alla morte e di leggere due brani nei quali degli immigrati criticavano o apprezzavano gli Usa e i suoi valori. Quindi a tutti i volontari sono state poste domande sul credo religioso e i sentimenti verso gli immigrati.
 Si è così visto che le persone a cui era stata temporaneamente 'spenta' quella parte del cervello, vedevano 'affievolirsi' del 32,8% le loro credenze su Dio, angeli e paradiso, mentre c'era un 28.5% in più di sentimenti positivi verso gli immigrati 'critici'. ''La gente spesso ricorre all'ideologia quando si trova faccia a faccia con i problemi. Volevamo scoprire se l'area del cervello collegata alla risoluzione dei problemi concreti fosse coinvolta nella risoluzione di problemi astratti tramite il ricorso all'ideologia'', spiega Keise Izuma, uno dei ricercatori.
 Il passo successivo è stato quindi concentrarsi su religione e nazionalismo. Ascoltare critiche ai propri valori, specialmente da chi viene da fuori, ''è percepito come sorta di minaccia. Ma - rileva - quando viene spenta quest'area del cervello che normalmente aiuta a rispondere alle minacce, vediamo le cose in modo meno negativo e ideologico, comprese le critiche''.

Simulazione del cervello umano: il traguardo è sempre più vicino!

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Henry Markram, è un neuroscienziato israeliano che dal 2005 sta collaborando alla realizzazione del progetto Blue Brain; un progetto molto ambizioso volto a simulare, entro una decina d'anni (2015 - 2023/25), l'intero cervello umano. Su Wikipedia si legge che: "L'obiettivo del progetto non è realizzare un'intelligenza artificiale, ma studiare la struttura del cervello e le sue connessioni. (...) Markram è direttore dello Human Brain Project, un progetto scientifico nel campo dell'informatica e delle neuroscienze che mira a realizzare, entro il 2023, attraverso un supercomputer, una simulazione del funzionamento completo del cervello umano. Il programma scientifico è diretto da un'equipe svizzera dell'École polytechnique fédérale de Lausanne (ÉPFL), in collaborazione con più di 90 università e scuole di alta formazione di 22 differenti paesi".
Il Blue Brain Project di Henry Markram si propone di simulare il cervello umano, con tutta la neocorteccia nonché le regioni più antiche come ippocampo, amigdala e cervelletto. Le simulazioni che ha pianificato saranno a gradi di dettaglio diversi, per culminare in una simulazione piena a livello molecolare. Markram ha scoperto un modulo chiave, costituito da alcune decine di neuroni, che si ripete continuamente nella neocorteccia, e ha dimostrato che l'apprendimento è opera di questi moduli e non dei singoli neuroni.
Il lavoro di Markram procede ad un ritmo esponenziale. Nel 2005, anno di inizio del progetto, ha simulato un neurone. Nel 2008 il suo gruppo ha simulato un'intera colonna neocorticale del cervello di un topo, costituita da 10'000 neuroni. Nel 2011 è arrivato a simulare 100 colonne, per un totale di un milione di cellule: è quello che egli definisce un "mesocircuito". Solo tre anni fa (2012), Markram prevedeva di simulare un intero cervello di topo, costituito da 100 mesocircuiti, per un totale di 100 milioni di neuroni e circa un miliardo di sinapsi, entro la fine del 2014. Ebbene questo traguardo, a tutt'oggi, non è ancora riuscito a raggiungerlo, ma è sicuramente sulla buona strada. È infatti di pochi giorni fa, la notizia che il suo team "è riuscito a ricostruire circa 40 milioni di connessioni (sinapsi) tra le cellule nervose ed ha permesso di individuare circa 2.000 connessioni fra ciascun tipo di neurone". 
In un intervento al convegno TED del 2009 ad Oxford, Markram dichiarò che: "non è impossibile costruire un cervello umano, e potremo riuscirci fra una decina d'anni". Il suo traguardo più recente per una simulazione cerebrale completa, è il 2025/26 (mentre nel 2012 egli lo ipotizzava per il 2023).
Markram e il suo gruppo basano il loro modello su analisi anatomiche ed elettrochimiche dettagliate di neuroni reali. Grazie ad un dispositivo automatizzato da loro creato, che chiamano "robot patch-clamp", misurano gli specifici canali ionici, neurotrasmettitori ed enzimi che sono responsabili dell'attività elettrochimica all'interno di ciascun neurone. Il loro sistema automatico è stato in grado di compiere trent'anni di analisi in sei mesi! Secondo Markram, sono queste le analisi grazie alle quali hanno potuto notare le unità di "memoria tipo Lego" (dunque modulare, a "mattoncini"), che costituiscono le unità funzionali di base della neocorteccia.
Contributi importanti alla tecnologia del patch-clamping robotico sono stati dati da Ed Boyden (neuroscienziato del MIT di Cambridge), da Craig Forest (professore di ingegneria meccanica al Georgia Tech) e da Suhasa Kodandaramakah (studente laurato di Forest). Insieme hanno dimostrato un sistema automatizzato che , con la precisione di un micrometro, può eseguire l'esplorazione di tessuto neurale a distanza ravvicinata senza danneggiare le delicate membrane dei neuroni.
Markram, dopo aver simulato una colonna neocorticale ha detto: "Ora dobbiamo solo fare un salto di scala". La scala è indubbiamente un fattore importante, ma c'è anche un altro ostacolo fondamentale, che è l'apprendimento. Se il cervello del Blue Brain Project deve "parlare e avere un'intelligenza e comportarsi come un essere umano" (parole usate da Markram per descrivere il suo obiettivo, in un'intervista rilasciata alla BBC nel 2009), dovrà avere nella sua corteccia simulata, contenuti sufficienti per poter svolgere queste attività. Come ben osserva Ray Kurzweil: "Come può testimoniare chiunque abbia tentato di fare conversazione con un neonato, ci sono molte cose da imparare, prima che una cosa del genere sia possibile".
 
Riferimenti bibliografici:
 
- R. KURZWEIL, "Come creare una mente. I segreti del pensiero umano", Apogeo, Milano, 2013, pp. 100-102.


martedì 13 ottobre 2015

Il progetto RAPIDHEAT: Lo scalda acqua istantaneo che fa risparmiare energia e soldi.

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Un’innovazione europea che potrebbe trasformare l’industria di boiler e distributori automatici.
I boiler tradizionali impiegano diverso tempo per raggiungere le temperature desiderate, sprecando quindi acqua ed energia, ma il progetto RAPIDHEAT, finanziato dall’Unione europea, ha sviluppato una  nuova soluzione: uno scaladacqua istantaneo, riuscendo a ottimizzare le tecnologie per il riscaldamento e il controllo, per sviluppare «uno scaldaacqua leggero, con una massa termica bassa, che fornisce la piena temperatura di uscita dopo soli due secondi dall’accensione».
In un’intervista al bollettino scientifico dell’Ue Cordis, il coordinatore del progetto RAPIDHEAT, Peter Duncan della Cressall Resistors, spiega che «Qui in Gran Bretagna consumiamo ogni giorno all’incirca 165 milioni di tazze di tè, insieme a 70 milioni di tazze di caffè. Si tratta di moltissime bevande calde e di un sacco di acqua calda. Molti di noi utilizzano i distributori automatici, e chi lo fa conosce bene la differenza tra un caffè preparato con acqua appena bollita e uno che contiene acqua preriscaldata».
Oltre ai fornitori di distributori automatici, da questa innovazione trarranno beneficio anche i produttori di elettrodomestici e i fornitori di acqua calda domestica: come sottolinea Duncan, «una soluzione per avere acqua calda istantanea installata nelle case offre ai clienti uno strumento per risparmiare acqua ed energia. La famiglia media britannica spreca 24 litri di acqua ogni giorno aspettando che la doccia si riscaldi. Questo equivale al 5% della vostra bolletta idrica che gettate direttamente giù per il tubo di scarico».
Inoltre, l’elevata densità energetica dello scaldaacqua istantaneo RAPIDHEAT ha bisogno di un boiler più piccolo e leggero rispetto alle altre tecnologie presenti sul mercato, e questo lo rende utile in spazi limitati, come case ed uffici. Il consorzio, del quale fanno parte imprese britanniche, spagnole, turche e tedesche, voleva garantire che «il boiler fosse protetto dalla polvere e dalle infiltrazioni d’acqua, consentendo così di installarlo in molti ambienti diversi, cha spaziano da abitazioni e uffici per arrivare fino alle fabbriche».
Secondo il Consorzio, «un altro vantaggio è rappresentato dal fatto che eliminando la necessità di avere dei serbatoi per l’acqua calda, non viene infatti utilizzata una fornitura di acqua preriscaldata, il boiler non può esaurirsi. I boiler capaci di produrre grandi volumi di acqua calda “istantanea” sono necessari in molti edifici commerciali, industriali e pubblici e anche nelle industrie di lavorazione e produzione che hanno una domanda intermittente di grandi volumi di acqua calda. Ci sono delle situazioni in cui il picco della domanda di acqua calda supera di molte volte la domanda media, e il costo delle perdite di calore dall’acqua calda accumulata per soddisfare quella domanda può essere notevole».
Il progetto si è ufficialmente concluso alla fine del mese di agosto del 2015, e da allora il Consorzio RAPIDHEAT ha redatto una guida che spiega i risparmi in termini di spazio, calore ed energia che si possono ottenere installando la tecnologia per l’acqua calda istantanea.
Duncan è molto soddisfatto dei risultati ottenuti e soprattutto di quelli che si potrebbero ottenere: «Esistono molte applicazioni che il team non aveva semplicemente previsto all’inizio di questo progetto. In che modo dovremmo adesso far progredire questa opportunità è un argomento attualmente oggetto di discussione, e stiamo cercando dei partner interessati a sviluppare ulteriormente il progetto e a integrare questa tecnologia in applicazioni che hanno bisogno di acqua calda istantanea».

Ogni cervello ha un'impronta digitale, che lo rende unico e riconoscibile.

Fonte: ANSA Scienze
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Ogni cervello ha un'impronta che lo contraddistingue, proprio come accade nel caso delle impronte digitali. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Neuroscience, arriva dall'università americana di Yale.
 Il risultato suggerisce uno scenario simile a quello di Cerebro, la macchina che nella serie degli X-Men della Marvel permette di riconoscere fra milioni i cervelli dei mutanti. La ricerca di Yale non ha però nulla a che vedere con la fantascienza né con i mutanti: si basa sulla ricostruzione della complicatissima rete delle connessioni tra le cellule nervose, chiamata ''connettoma''.
 Secondo i ricercatori, coordinati da Emily Finn, una delle possibili applicazioni potrebbe essere la messa a punto sia di interventi clinici su misura, ma in futuro anche di programmi di istruzione personalizzati.
Individuare le impronte digitali del cervello è stato possibile grazie ai dati relativi a 126 individui coinvolti nel Progetto Connettoma Umano. Su questa base i ricercatori hanno dimostrato che per identificare con sicurezza 'l'identità' di un cervello sono necessarie poche immagini dell'attività cerebrale, ottenute sia a riposo sia durante l'esecuzione di esercizi di tipo diverso, da quelli linguistici a quelli di memorizzazione.
 Oltre a distinguere un cervello da un altro, la ricerca indica che la stessa rete di connessioni permette di saperne di più sulla capacità di un individuo di pensare in modo logico e di risolvere problemi nell'ambito di situazioni nuove.

Il robot esploratore che si orienta come l'uomo, con un algoritmo che imita il Gps del cervello.

Fonte: ANSA Scienze
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E' un robot, ma per orientarsi ed esplorare si serve di un sistema di navigazione molto simile a quello impiegato dal cervello umano. Lo hanno sviluppato i ricercatori dell'Agenzia per la Scienza tecnologia e ricerca di Singapore (A Star), coordinati da Miaolong Yuan, ed è stato presentato nella Conferenza internazionale sull'Intelligenza artificiale.
 Le funzioni di 'navigazione' nel cervello umano sono svolte da due tipi di cellule nervose: le cellule di posizione, che si attivano quando si riconosce un posto familiare, e quelle a griglia, che offrono un sistema di riferimento in modo da capire dove ci si trova guardando una mappa. Insieme formano il 'Gps' del cervello. ''Il modo impiegato dai marinai per navigare attraverso la localizzazione di movimenti relativi è essenziale per trovare una strada in luoghi sconosciuti'', spiega Yuan. ''Un navigatore usa segnali come le stelle o dei punti di riferimento per capire dove si trova la nave in una cartina, e ogni volta che la nave si muove aggiorna la sua posizione nella mappa''.
 Uno schema analogo è stato riprodotto dai ricercatori in un robot, grazie ad un algoritmo. Così 'equipaggiato, il robot ha esplorato una stanza chiusa di 35 metri quadrati, e, basandosi su segnali visivi, è riuscito individuare punti di riferimento grazie ai quali ha ricostruito la mappa dell'ambiente.

Ricostruita l'origine delle allucinazioni: Così si altera la percezione del mondo reale.

Fonte: ANSA Scienze
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Le allucinazioni nascono quando il cervello interpreta il mondo circostante basandosi più sulle conoscenze accumulate in passato che sulle informazioni visive percepite al momento. E' quanto dimostra uno studio delle università di Cambridge e Cardiff, pubblicato sulla rivista dell'Accademia americana delle scienze (Pnas).
I ricercatori sono giunti a questa conclusione dopo aver mostrato delle immagini ambigue (composte da chiazze bianche e nere) sia a persone sane che a pazienti che manifestavano i primi segni di una psicosi. Questi ultimi si sono dimostrati molto più abili nel decifrare le immagini proprio grazie allo sbilanciamento del loro sistema di percezione visiva, che tende ad interpretare il mondo non tanto sulla base delle informazioni acquisite con la vista, quanto sulle previsioni elaborate in base alle conoscenze precedenti. Questa scoperta dimostra dunque che le allucinazioni non sono necessariamente espressione di un cervello 'guasto': nascono invece da uno squilibrio nell'ambito di una normale funzione del nostro cervello, che tenta di interpretare la realtà circostante.
''E' il nostro cervello a costruire il mondo così come lo vediamo'', spiega Christoph Teufel, psicologo all'università di Cardiff. Davanti a informazioni ambigue, il cervello cerca di interpretarle ''riempiendo gli spazi bianchi, ignorando quello che sembra essere fuori posto, e finisce col presentarci un'immagine elaborata apposta per rispondere alle nostre aspettative''. ''Avere un cervello capace di fare previsioni è utile per farci un'idea coerente del mondo - aggiunge lo psichiatra Paul Fletcher di Cambridge - ma significa pure che non siamo poi così distanti dal percepire cose che in realtà non esistono, quello che noi definiamo appunto allucinazione. Negli ultimi anni abbiamo capito che queste percezioni alterate non riguardano solo persone con malattie mentali, ma sono relativamente comuni, in forme più lievi''.

sabato 10 ottobre 2015

Dolore neuropatico: si aprono nuove prospettive analgesiche.

Fonte: Rainews.it
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Nella "corteccia cingolata anteriore", quella parte della corteccia cerebrale posta nei lobi frontali, avvengono fenomeni molto importanti, per noi umani. Lì, in quel recesso del nostro capo, vengono processati tutti gli "allarmi" che giungono al cervello dall'apparato sensoriale; tra questi: il dolore, in tutte le sue diverse forme. Analizzando le funzioni e le reazioni della corteccia cingolata in relazione al dolore, una équipe di studiosi del Montreal Neurological Institute and Hospital, presso il MUHC della McGill University - inserendosi in un filone di ricerca molto vivo e frequentato - ha perfezionato le conoscenze correnti circa il ruolo decisivo giocato, nel dolore neuropatico, dai cosiddetti "canali HCN" (Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated). Che cosa sono gli HCN? Si tratta di speciali proteine che, trovandosi al di qua e al di là della membrana cellulare dei tessuti cerebrali e cardiaci, permettono la trasmissione di segnali chimico-fisici attraverso tale barriera. Sono parte integrante e decisiva, per dirla in modo elementare, della "rete di trasmissione" del dolore. Effetto analgesico Il gruppo di ricercatori canadese ha scoperto che, riducendo la reattività della corteccia cingolata anteriore col blocco delle funzioni di tali proteine, si ottiene un sensibilissimo effetto analgesico. "È una prospettiva molto promettente nella terapia del dolore", sostiene Philippe Séguéla, professore di neurologia e neurochirurgia e prima firma della ricerca. Pubblicato dalla rivista "Journal of Neuroscience" - Peripheral Neuropathy Induces HCN Channel Dysfunction in Pyramidal Neurons of the Medial Prefrontal Cortex - contiene anche altre precisazioni interessanti. "Neuroimaging" Recenti studi, basati sulla rappresentazione per immagini del cervello (Neuroimaging, in inglese), hanno evidenziato il ruolo delle regioni prefrontali del cervello nel dolore neuropatico. E hanno dimostrato come, a influenzare la percezione del dolore, contribuiscano fattori psicologici, cognitivi ed emotivi. Il dolore è penalizzante La "corteccia cingolata anteriore" è anche un centro fondamentale per le funzioni cognitive legate alla memoria e alle funzioni affettive che fondano i sentimenti e le emozioni. I pazienti che soffrono di dolore cronico, infatti, patiscono anche un progressivo deterioramento della loro memoria operativa, hanno difficoltà a concentrarsi e possono soffrire di depressione e ansia. "I nostri risultati" conclude il professor Séguéla "aprono nuove porte alla ricerca per il trattamento dei sintomi debilitanti collegati al dolore cronico". Speriamo che abbia ragione.

venerdì 9 ottobre 2015

In determinate condizioni, due fotoni possono interagire come se fossero una molecola biatomica.

Fonte: INAF
(articolo di Marco Malaspina)
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Uno studio del NIST dimostra come, in determinate condizioni, due fotoni possano interagire come se fossero una molecola biatomica. Un ulteriore passo verso la costruzione d’oggetti fatti di null’altro che luce. I risultati su Physical Review Letters.
«È l’arma dei cavalieri Jedi. Non goffa o erratica come un fulminatore… è elegante invece, per tempi più civilizzati». Con queste parole Obi-Wan Kenobi illustrava al giovane Luke Skywalker la spada laser, impossibile oggetto dei desideri della nostra infanzia e non solo. Davvero impossibile? Forse no. E quale – fra tutti i “tempi civilizzati” – sarebbe più confacente a vederne la realizzazione se non questo nostro 2015, Anno internazionale della luce? Ebbene, se per stringere l’arma Jedi toccherà purtroppo attendere ancora a lungo, qualche significativo progresso in effetti è stato compiuto. Uscirà infatti proprio questo mese, su Physical Review Letters, uno studio che dimostra come sia possibile far interagire due fotoni quasi fossero gli atomi d’una molecola biatomica. Così da creare una sorta di molecola di luce. Primo, importante, passo verso la produzione d’oggetti composti da nient’altro che fotoni.
A dire il vero, già due anni fa Ofer Firstenberg e i suoi “collaboratori Jedi” di Harvard avevano mostrato, sulle pagine di Nature, che è possibile, rallentando la luce fino a un centinaio di metri al secondo, trasformare i fotoni in polaritoni. Così da manipolarli come se fossero mattoncini di materia. E l’anno successivo, grazie a una clessidra d’atomi di rubidio, dai laboratori del MIT già uscivano le prime “molecole di luce”: due fotoni in interazione talmente forte fra loro da poter essere considerati una coppia.
Ora è stato compiuto il passo successivo. Guidati questa volta da Alexey Gorshkov e Mohammad Maghrebi del NIST, il National Institute of Standards and Technology, i ricercatori sono riusciti a dimostrare come, variando alcuni dei parametri che governano il processo che li tiene in interazione l’uno con l’altro, la funzione d’onda che ne risulta sia analoga a quella d’una molecola biatomica con i due polaritoni separati da una lunghezza di legame finita. In altre parole, i fotoni d’ogni coppia possono viaggiare a braccetto tenendosi a una distanza specifica l’uno dall’altro.
«Stiamo imparando come costruire stati di luce complessi. Stati che, a loro volta, potranno essere assemblati in oggetti ancora più complessi. E mai prima d’ora si era riusciti a mostrare come legare fra loro due fotoni mantenendoli a una distanza finita», spiega Gorshkov, illustrando poi i potenziali campi d’applicazione di questi impalpabili oggetti del futuro prossimo: «Sono tante le tecnologie moderne che si basano sulla luce, da quelle per la comunicazione all’imaging ad alta definizione. Molte di loro potrebbero essere notevolmente migliorate se potessimo progettare le interazioni tra i fotoni».
Spade laser a parte, le possibilità d’utilizzo di molecole di luce formate da due – o meglio ancora tre o più – fotoni in effetti sono numerose. Anzitutto nei computer, con circuiti e processori di luce al posto di quelli attuali al silicio. E sarebbe un notevole passo avanti non solo in termini di velocità ma, soprattutto, di consumi. Oggi, dopo aver percorso migliaia di km alla velocità della luce all’interno delle fibre ottiche, una volta giunti a destinazione i messaggi di fotoni devono comunque essere trasformati in messaggi d’elettroni, se vogliamo poterli aprire e leggere. Un passaggio che comporta un notevole speco d’energia, che potrà essere evitato quando i computer saranno in grado di compiere le loro operazioni direttamente con bit di luce. Ma un campo d’applicazione ancora più immediato, seppur di nicchia, è quello dei calibratori per sensori di luce. Governare i fotoni come stanno imparando a fare al NIST consentirà infatti di creare “candele standard” formate da un numero di particelle di luce ben definito, preciso fino al singolo fotone.
«È un modo inedito ed entusiasmante per studiare i fotoni, questo» conclude Gorshkov. «Non hanno massa e volano alla velocità della luce. Rallentandoli e combinandoli l’un l’altro potremo scoprire su di essi cose che ancora non conosciamo».
Per saperne di più:
Leggi l’articolo, in uscita su Physical Review Letters, “Coulomb bound states of strongly interacting photons“, di M. F. Maghrebi, M. J. Gullans, P. Bienias, S. Choi, I. Martin, O. Firstenberg, M. D. Lukin, H. P. Büchler e A. V. Gorshkov.

Osservato il trione, una nuova quasi-particella.

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I fisici le chiamano quasi-particelle: composti di particelle più piccole che, nel complesso, si comportano come un’entità unica, non interagente e dal comportamento predicibile. Si tratta di entità molto elusive e difficili da rivelare: ecco perché la comunità dei fisici è sempre ben contenta di osservarne di nuove. È il caso recente di una quasi-particella, chiamata trione negativo, appena identificata, per la prima volta al mondo, dagli scienziati del Department of Energy allo Oak Ridge National Laboratory. I ricercatori, come raccontano sulle pagine di Physical Review B, hanno osservato la quasi-particella in uno strato sottilissimo (100mila volte più sottile di un capello umano, per la precisione) di materiale semiconduttore.
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“Abbiamo osservato dei trioni negativi in uno strato di disulfuro di tungsteno bidimensionale eccitato da un fascio laser”, ha spiegatoAbdelaziz Boulesbaa, coautore dello studio. “Si tratta di una scoperta che potrebbe aprire nuove opportunità per applicazioni nel campo della optoelettronica e dell’informatica, così come nella fisica fondamentale dei materiali bidimensionali”. Ecco di cosa si tratta: quando un semiconduttore assorbe la luce, gli elettroni possono essere strappati dagli atomi cui appartengono e generare una corrente elettrica. In particolare, l’eccitazione provocata dalla luce crea una coppia di cariche (una negativa, l’elettrone, per l’appunto, e una positiva, la lacuna, ossia il buco lasciato libero dall’elettrone stesso) che, nell’insieme, è una quasi-particella detta eccitone. Il trione negativo si osserva quando un eccitone si lega, a sua volta, a un altro trione (poco sorprendentemente, se un eccitone si lega a una lacuna si ha un trione positivo).
Per osservare la strana quasi-particella, gli scienziati hanno messo a punto una specie di telecamera (leggi: fascio di luce laser) in grado di registrare filmati all’altissima risoluzione temporale di 40 femtosecondi (milionesimi di biliardesimi di secondo). In questo modo, è stato possibile individuare la formazione – e la successiva scomparsa – di cinque trioni negativi, proprio nelle modalità predette dalla teoria. La scoperta potrà rivelarsi utile per lo sviluppo di nuove tecnologie nel campo dello sfruttamento dell’energia solare e dell’informatica quantistica.

Specchio 3D, la nuova frontiera dello shopping: Lo scanner individua 140 punti del corpo del cliente, mentre quest’ultimo compie un giro su se stesso.


Fonte: Euronews
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In questo esclusivo negozio di Hong Kong la cabina per provarsi gli abiti rivoluziona la tradizione. Per evitare errori la definizione della taglia adatta è affidata a questo specchio. Lo scanner individua 140 punti del corpo del cliente, mentre quest’ultimo compie un giro su se stesso. Lui Tong, Private Shop Limited: “La tecnologia evidenzia punti del nostro corpo, da questa informazione si deduce in maniera precisa la taglia, in modo da capire meglio, questi dati forniscono un identikit della nostra taglia e della forma del nostro corpo”. Raccogliere così tanti dati personali relativi alla conformazione fisica dei clienti rappresenta secondo gli osservatori un’invasione della privacy. Tali dati dovranno infatti essere cancellati una volta svolta la propria funzione e solo in caso di parere positivo del diretto interessato le aziende potranno conservarli. Jeanne Tan, Professore Hong Kong Polytechnic University: “Penso che l’utilizzo diventerà più comune col tempo, serve ad aumentare il livello del servizio. I clienti potranno semplicemente indicare i capi a cui sono interessati senza dover perdere tempo a provarne tanti, sono convinto che cominceranno a chiedere ovunque questo servizio”. Una volta scannerizzata la figura i dati vengono dallo specchio 3D non sono dunque più ammessi errori negli acquisti.

Ricreato in provetta un cervello invecchiato, da neuroni ottenuti riprogrammando cellule della pelle.

Fonte: ANSA Scienze
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Ricreato in provetta un 'cervello' invecchiato. Per la prima volta si è riusciti a coltivare e invecchiare in laboratorio dei neuroni umani ricavati dalla pelle. Il risultato, merito del lavoro dei ricercatori del Salk Institute e descritto sulla rivista Cell Stem Cell, è un eccezionale banco di prova per studiare malattie neurodegenerative legate all'invecchiamento, come Alzheimer e Parkinson, e per sperimentare farmaci.
La particolarità di questa tecnica è che i neuroni ricavati hanno caratteristiche genetiche che riflettono l'età del paziente. ''Per la prima volta abbiamo dimostrato che non solo l'identità genetica specifica di una persona, ma anche i segni legati all'invecchiamento possono essere studiati in laboratorio su neuroni umani viventi'', osserva Fred Gage, coordinatore dello studio. Finora infatti chi si è occupato di invecchiamento si è affidato a moscerini, vermi e topi.
Più recentemente si è riusciti a prendere delle cellule dai pazienti e a riprogrammarle, trasformandole in cellule staminali pluripotenti (ipsc), che possono essere propagate per generare cellule cerebrali in numero sufficiente per sperimentazioni. Ma il problema di queste cellule è che somigliano a quelle caratteristiche primi stadi dello sviluppo embrionale, e quindi l'età vera del paziente viene azzerata, lasciando dei neuroni ringiovaniti.
In questo caso invece i ricercatori hanno prelevato le cellule della pelle di 19 persone di età compresa fra 1 a 89 anni e le hanno riprogrammate per trasformarle in neuroni. Quindi hanno confrontato i neuroni così ottenuti con quelli prelevati da autopsie. Il confronto ha permesso di individuare le caratteristiche dei neuroni delle persone più anziane. La stessa tecnica, secondo i ricercatori, potrebbe essere utilizzata per studiare i cambiamenti indotti dall'invecchiamento in altri tessuti, come quelli di fegato e cuore.

Il “lavaggio” del sangue contro le allergie: si chiama “immunoadsorbimento IgE”, ed elimina dal sangue solo gli anticorpi che scatenano le allergie.

Fonte: Galileonet.it
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Di allergie si può morire. È così quando anche solo l’odore di un alimento o la minima esposizione a un allergene scatena lo shock anafilattico. E Michele, bambino di 7 anni affetto da una gravissima forma di allegria alimentare associata ad asma, nella sua giovane vita di shock ne ha subiti tanti. Il latte, le uova, le nocciole, il pesce, la frutta: un veleno per il piccolo che fino allo scorso anno non aveva potuto condurre una vita come tutti i suoi coetanei. Una sorta di controllato a vista all’asilo, a casa, nei momenti di svago, per il rischio di entrare in contatto con qualcuno dei suoi nemici.
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La sua allergia multipla era così grave, il livello di immunoglobuline E nel sangue (IgE, anticorpi responsabili delle allergie) talmente elevato, tale da non poter assumere neanche il farmaco specifico che tiene sotto controllo la malattia, a causa degli effetti collaterali che si manifestano quando somministrato al di sopra di una determinata soglia di IgE.
Dopo tanti tentativi di migliorare la sua condizione, Michele è arrivato all’Ospedale Pediatrico Bambino Gesù dove un team multidisciplinare ha eseguito una serie di test ed esami. Escluse soluzioni terapeutiche come la desensibilizzazione specifica ai singoli allergeni o la terapia farmacologica, il piccolo paziente è stato sottoposto a un trattamento innovativo che gli ha restituito una vita normale, guarendolo dalla grave forma di allergia.
Si tratta del primo caso al mondo di ‘lavaggio selettivo’ del sangue effettuato su un paziente pediatrico iperallergico. Chiamato tecnicamente “immunoadsorbimento IgE”, il procedimento viene effettuato con un macchinario in grado di eliminare dal sangue solo gli anticorpi che scatenano le allergie.
La plasmaferesi è una procedura di separazione del sangue in globuli rossi e plasma che viene utilizzata comunemente nei pazienti che seguono terapie antirigetto dopo un trapianto o quando sono affetti da malattie autoimmuni gravi. Consiste nel creare una circolazione extracorporea attraverso una macchina che depura il sangue da tutti i tipi di anticorpi nocivi.
“Il vantaggio del nuovo macchinario, utilizzato al Bambino Gesù già da tempo, grazie alla disponibilità dal 2014 di ‘adsorbitori’ specifici, sta nella capacità di essere selettivo” spiega Stefano Ceccarelli, responsabile del Servizio di Aferesi del Bambino Gesù. “Consente infatti di eliminare dal sangue uno specifico tipo di anticorpi, in questo caso le IgE, mantenendo tutte quelle sostanze che verrebbero invece tolte dal circolo sanguigno con la plasmaferesi generica tradizionale. Inoltre, grazie al ridotto volume di sangue che finisce in circolazione extracorporea (80 ml), è adatto anche per i pazienti di basso peso, quindi per i bambini”.
“Questa procedura apre nuove strade alla cura delle allergie ed è indicata per i bambini affetti da tutte le forme più gravi della malattia allergica, anafilassi, dermatite atopica e asma grave che non possono assumere il farmaco specifico” sottolinea Alessandro Fiocchi, responsabile di Allergologia del Bambino Gesù. “Si tratta di bambini che hanno una ridotta qualità della vita, che hanno difficoltà a frequentare la scuola e a giocare con i compagni. Non riescono a interagire con il loro ambiente e i genitori sviluppano tutta una serie di barriere per preservarli dagli attacchi delle loro allergie”.
Al termine del trattamento il livello di IgE nel sangue di Michele si era abbassato tanto da poter iniziare la terapia farmacologica. Dalla plasmaferesi selettiva – effettuata nell’agosto dello sorso anno – ad oggi, la soglia di tolleranza agli alimenti che prima rischiavano di procurargli uno shock anafilattico è cresciuta notevolmente. La sua asma è sotto controllo e non è più in pericolo di vita. Ha potuto iniziare senza impedimenti la scuola elementare, mangia come gli altri bambini e gioca liberamente.
Il caso di Michele, per la sua unicità e complessità, è stato descritto in un articolo appena pubblicato sulla rivista scientifica Pediatrics e sarà presentato nel corso del XXIV congresso mondiale della World Allergy Organization (Wac 2015) che si terrà a Seoul, in Corea del Sud, dal 14 al 17 ottobre.
Riferimenti: Ospedale Pediatrico Bambin Gesù
Credits immagine: Esther Simpson/Flickr CC

giovedì 8 ottobre 2015

Grazie al silicio, realizzata la prima “quantum gate” con transistor a singolo elettrone.

Rappresentazione artistica della porta logica a due qubit sviluppato presso l’UNSW. L’elettrone d’ognuno dei due qubit (nell’immagine, in rosso e in blu) ha uno spin, o un campo magnetico, indicato dalle frecce. Elettrodi di metallo sulla superficie sono utilizzati per manipolare i qubit, che interagiscono a formare uno stato d’entanglement. Crediti: Tony Melov / UNSW
Fonte: INAF
(articolo di Marco Malaspina)
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Descritta sulle pagine di Nature la prima “quantum gate” realizzata con transistor a singolo elettrone in silicio, dunque una tecnologia per molti aspetti matura. Si tratta di una porta CNOT – un XOR reversibile – e lo stato logico dei due qubit che la formano è dato dai rispettivi spin.
Saranno pure delle schegge, i computer quantistici. Ma se per funzionare richiedono bit futuristici fatti d’imperfezioni nel reticolo cristallino d’un diamante, oppure di ioni intrappolati in cavità ottiche magari a pochi gradi sopra lo zero assoluto o di altre diavolerie del genere, be’, come dire: qualche dubbio sull’effettiva possibilità d’averne a breve uno sulla nostra scrivania è giustificato. Ora però arriva dagli antipodi – o meglio, dalla University of New South Wales (UNSW) di Sydney, in Australia – una notizia che promette d’accorciare in modo drastico le distanze fra i tavoli dei laboratori di fisica quantistica e gli scaffali dei centri commerciali: sono state costruite le prime porte logiche quantistiche realizzate in silicio.
Descritto sulle pagine di Nature, l’oggetto messo a punto da Menno Veldhorst e colleghi, dal punto di vista fisico, è fatto di transistor come quelli presenti a miliardi nei chip dei nostri computer – non quantistici – di tutti i giorni. Transistor che nella quasi totalità dei casi si limitano a compiere operazioni su due bit di semplicità disarmante: quelle dell’algebra di Boole. Spesso una soltanto, quella dell’operatore NAND, in quanto da essa si possono derivare tutte le altre.
A differenza dei normali transistor, però, quelli quantistici realizzati nei laboratori della UNSW sono formati da un solo elettrone ciascuno, e lo stato binario non è dato dalla carica elettrica bensì dallo spin di quel singolo elettrone. Ebbene, questi qubit (bit quantistici, appunto) sono stati messi in relazione due a due, a formare porte logiche di tipo CNOT: un operatore quantistico equivalente a una porta XOR ma reversibile. A tutti gli effetti, una porta logica quantistica, in grado d’operare su bit che, a differenza di quelli della normale algebra di Boole, possono essere in condizione di sovrapposizione quantistica: ovvero, semplificando un po’, sia nello stato ‘0’ che nello stato ‘1’. Una caratteristica tanto bizzarra quanto ambita, soprattutto quando è richiesta l’abilità di compiere più operazioni in parallelo.
La vera svolta, però, in questo caso non è concettuale (già erano state realizzate porte logiche quantistiche) ma tecnologica: sta nell’essere riusciti a ottenere qubit quantistici usando il silicio. «Il chip di silicio del vostro smartphone o del vostro tablet già contiene al suo interno circa un miliardo di transistor, ognuno dei quali misura meno di 100 miliardesimi di metro. Assicurandoci che a ognuno di questi transistor in silicio fosse associato un solo elettrone, li abbiamo trasformati in bit quantistici», osserva Veldhorst. «Con questo risultato, possiamo dire che tutti i componenti fisici necessari alla costruzione di un computer quantistico al silicio sono stati realizzati».
A sottolineare la concretezza di questa svolta, c’è anche un brevetto: quello d’un «progetto per un vero e proprio chip quantistico in grado di contenere milioni dei nostri qubit», dice lo scienziato a capo del team, Andrew Dzurak, «tutti capaci d’eseguire questo tipo di calcoli che abbiamo appena dimostrato sperimentalmente». Ora, aggiunge, si tratta soprattutto di trovare i partner industriali più adatti per passare alla costruzione su grande scala. Insomma, magari sotto l’albero di Natale per quest’anno ancora no, ma presto un tablet quantistico nello zainetto potrebbe non essere più fantascienza.
Per saperne di più:
  • Leggi l’articolo “A Two Qubit Logic Gate in Silicon“, di M. Veldhorst, C.H. Yang, J.C.C. Hwang, W. Huang, J.P. Dehollain, J.T. Muhonen, S. Simmons, A. Laucht, F.E. Hudson, K.M. Itoh, A. Morello e A.S. Dzurak.
Guarda su YouTube l’intervista ad Andrew Dzurak e Menno Veldhorst:


Atomi d'oro come “connettori”, per legare fra loro molecole polari.

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Singoli atomi di oro carichi positivamente possono essere sfruttati come “connettori”, per legare fra loro molecole polari. La scoperta, frutto di una ricerca dell’Università di Trieste e dell’Istituto Officina dei Materiali del Cnr, è stata pubblicata sulla rivista Acs Nano, e potrebbe aprire la strada allo sviluppo di una nuova generazione di dispositivi elettronici e meccanici, ottenuti assemblando molecole organiche.
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A sottolineare la novità e la rilevanza della ricerca, il lavoro è stato anche oggetto di uno specifico articolo di Perspective, pubblicato sullo stesso numero della rivista a cura di Saw-Wai Hla, noto nanotecnologo dell’Argonne National Laboratory e della Ohio University.
La possibilità di sviluppare dispositivi elettronici e meccanici assemblando molecole organiche su superfici è da diversi decenni oggetto di studio intenso da parte della comunità scientifica, nella prospettiva di ottenere con tale approccio efficienze più elevate e dimensioni estremamente ridotte. In questo contesto, una delle sfide fondamentali e più complesse consiste nel riuscire a controllare con precisione le proprietà strutturali ed elettroniche delle architetture molecolari.
In gran parte degli studi svolti fino ad ora per caratterizzare le interazioni inter-molecolari che determinano tali proprietà, viene sfruttata come substrato una superficie di oro, che bene si presta a questo scopo vista la sua scarsa reattività e quindi debole influenza sulle proprietà delle molecole. Tuttavia, è ben noto che anche l’oro, quando ridotto a particelle di dimensioni nanometriche, diventa molto reattivo, con svariate applicazioni che spaziano dalla medicina alla catalisi.
Questa caratteristica, legata allo stato di carica degli atomi di oro, suggerisce l’idea che anche singoli atomi di oro, tipicamente disponibili in grande quantità sulle superfici di tale metallo, potrebbero essere sfruttati come “connettori” per legare fra loro molecole organiche. È proprio questa la scoperta ottenuta dai ricercatori triestini, che apre la porta al possibile sviluppo di svariate applicazioni, da nuovi catalizzatori, dove gli adatomi stabilizzati dalle molecole svolgono il ruolo di centri reattivi, alla formazione di architetture molecolari su superfici con funzionalità più ricche, formate dall’assemblaggio di molecole polari mediato da adatomi. Inoltre, la scoperta può contribuire a comprendere più a fondo le proprietà chimico-fisiche dell’interfaccia oro-dimetilsolfossido (la molecola utilizzata per questo studio), che è rilevante nel campo dell’elettrochimica e nella sintesi di nanoparticelle.
Il lavoro ha richiesto una stretta collaborazione tra esperimenti e teoria. Dal punto di vista sperimentale, depositando sull’oro del dimetilsolfossido (DMSO), una semplice molecola polare composta da Carbonio, Idrogeno, Zolfo ed Ossigeno, si è rilevato che forma spontaneamente dei complessi costituiti da tre o quattro molecole. Combinando la microscopia a scansione a effetto tunnel, che permette di ottenere immagini della superficie e delle molecole con risoluzione atomica, con tecniche spettroscopiche basate sulla luce di sincrotrone, è stato possibile determinare la struttura fine di tali complessi, identificando la posizione e la geometria di ciascuna delle molecole coinvolte.
Tale struttura risultava però difficilmente spiegabile dal punto di vista fisico-chimico: i DMSO apparivano infatti legarsi mutuamente tramite i loro atomi di ossigeno, che, avendo una carica nettamente negativa, dovrebbero invece respingersi. Simulazioni teoriche di tali strutture hanno confermato l’instabilità dei complessi osservati, prevedendone l’immediata trasformazione in altre strutture, mai osservate sperimentalmente. Il dilemma si è risolto introducendo nella simulazione, al centro dei complessi, uno o due atomi d’oro, che risultano avere carica positiva e sono quindi in grado di schermare le terminazioni negative dei Dmso, rendendo stabili i complessi. Tali simulazioni, che riproducono esattamente le strutture osservate, prevedono altresì che gli atomi di oro “aggiunti”, per le loro proprietà elettroniche e la loro posizione, risultino essere effettivamente invisibili sperimentalmente.
Riferimenti: Trapping of Charged Gold Adatoms by Dimethyl Sulfoxide on a Gold Surface; Zhijing Feng, Simone Velar, Albano Cossaro, Carla Castellarin-Cudia, Alberto Verdini, Erik Vesselli, Carlo Dri, Maria Peressi, Alessandro De Vita, and Giovanni Comelli; Acs Nano DOI: 10.1021/acsnano.5b02284

Ricostruito al computer un frammento di corteccia cerebrale di ratto.

Fonte: ANSA Scienze
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E' stato costruito il primo cervello 'virtuale'. Con 31.000 neuroni e 55 strati di cellule, riproduce al computer una piccola porzione della corteccia cerebrale di un ratto ed è il primo modello digitale mai ottenuto del più complesso degli organi. Descritto sulla rivista Cell, è stato ottenuto nell'ambito del progetto internazionale Blue Brain, coordinato dal Politecnico di Losanna (Epfl).
Dopo 10 anni di caccia ai segreti del cervello, questo frammento digitale della sua parte più complessa, la corteccia, rappresenta il primo passo concreto per ottenere la mappa completa dei neuroni e delle loro connessioni che stabiliscono tra loro. A riprodurre questa complessità in un modello al computer è stato il gruppo coordinato da Henry Markram, dell'Epfl.
Il frammento di corteccia cerebrale di ratto che è stato ottenuto contiene i diversi tipi di neuroni presenti in questa area e riesce a riprodurre anche il modo in cui sono collegati fra loro. Vale a dire che è riuscito a ricostruire circa 40 milioni di connessioni (sinapsi) tra le cellule nervose ed ha permesso di individuare circa 2.000 connessioni fra ciascun tipo di neurone.
E' stata una vera e propria impresa, ''che ha richiesto una enorme quantità di esperimenti'', ha osservato Markram. Fornisce anche gli strumenti, ha aggiunto, per riuscire a controllare nel dettaglio il comportamento dei 40 milioni di sinapsi.
E' solo il primo passo dell'impresa che punta a ricostruire un interno cervello virtuale. Quando sarà pronto, dei supercomputer permetteranno di simulare il comportamento dei neuroni in diverse condizioni. Diventerebbe perfino possibile simulare il sonno, per osservare i cambiamenti che avvengono rispetto alla veglia.

Ottenuto un 'mini-rene' umano, per sperimentare farmaci: I suoi geni 'accesi' come in un feto di 3 mesi.

Fonte: ANSA Scienze
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Coltivato in laboratorio il primo abbozzo di rene umano: i suoi geni sono 'accesi' come in un feto nel primo trimestre di gravidanza. Lo annunciano sulla rivista Nature i ricercatori australiani del Murdoch Childrens Research Institute, insieme ai colleghi dell'Università di Melbourne, del Queensland e gli olandesi dell'Università di Leiden.
Il mini-rene umano non è un vero e proprio organo strutturato, bensì solo un abbozzo, chiamato 'organoide': al momento, dunque, non può essere utilizzato per i trapianti, ma è un ottimo banco di prova per studiare malattie e sperimentare farmaci. I ricercatori lo hanno ottenuto coltivando in provetta delle cellule staminali pluripotenti indotte (iPS), ovvero cellule staminali riprogrammate a partire da cellule umane adulte. Dosando il giusto mix di fattori di crescita, i ricercatori sono riusciti a trasformarle in tutti i tipi di cellule normalmente presenti in un rene, comprese quelle che compongono il tessuto connettivo.
I geni espressi nell'organoide sono risultati essere simili a quelli 'accesi' nel rene durante i primi tre mesi dello sviluppo fetale. Le cellule si sono inoltre dimostrate sensibili al cisplatino, una sostanza tossica per i reni. Questi risultati indicano che si sta andando nella direzione giusta verso la ricostruzione completa di un rene in provetta, ''anche se la strada da fare è ancora molto lunga'', come sottolinea in un articolo di commento Jamie Davies, fisiologo dell'Università di Edimburgo.

mercoledì 7 ottobre 2015

Il primo acceleratore di particelle in miniatura: Pronto il prototipo, è lungo circa un centimetro.

Fonte: INAF
        (articolo di Elisa Nichelli)        
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Grazie all’applicazione della radiazione al terahertz, un team di ricercatori è riuscito a costruire il prototipo di un acceleratore di particelle in miniatura: il modulo è lungo 1.5 centimetri e ha lo spessore di un millimetro. Lo sviluppo di questa tecnologia è di grande interesse sia per gli acceleratori lineari di prossima generazione che per le numerose applicazioni nella fisica fondamentale, nonché in campo medico.
Un team interdisciplinare di ricercatori ha costruito il prototipo di un acceleratore di particelle in miniatura che utilizza radiazioni al terahertz. Un singolo modulo dell’acceleratore è lungo solo 1.5 centimetri e ha lo spessore di un millimetro. Come ha sottolineato il team di scienziati guidato da Franz Kärtner del Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), la tecnologia al terahertz ha mantenuto la promessa di miniaturizzare l’intera apparecchiatura di almeno un fattore 100. Il team ha presentato il prototipo, che è stato assemblato nel laboratorio di Kärtner presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) negli Stati Uniti, con un articolo apparso sulla rivista Nature Communications. Gli autori segnalano numerose applicazioni per questo tipo di acceleratori: nel campo della scienza dei materiali, della medicina e della fisica delle particelle, così come nella costruzione di laser a raggi X. CFEL è una cooperazione tra DESY, l’Università di Amburgo e la Max Planck Society.
Nello spettro elettromagnetico, la radiazione al terahertz si colloca tra la luce infrarossa e le microonde. Gli acceleratori di particelle di solito sfruttano radiazioni elettromagnetiche nelle frequenze radio. L’acceleratore di particelle PETRA III, ad esempio, utilizza una frequenza di circa 500 megahertz. La lunghezza d’onda della radiazione al terahertz è circa mille volte più corta. «Il vantaggio è che anche tutto il resto dell’apparato può essere mille volte più piccolo», spiega Kärtner, che è anche professore presso l’Università di Amburgo e al MIT.
Per il loro prototipo gli scienziati hanno usato uno speciale modulo di acceleratore microstrutturato, sviluppato con lo scopo specifico di lavorare con radiazioni al terahertz. I fisici hanno sparato elettroni ad alta velocità nell’acceleratore in miniatura utilizzando un cannone elettronico fornito dal gruppo del CFEL del professor Dwayne Miller, direttore presso l’Istituto Max Planck per la Struttura e la Dinamica della Materia, nonché membro del CUI. Gli elettroni sono stati poi ulteriormente accelerati dalla radiazione al terahertz all’interno del modulo. Questo primo prototipo di acceleratore al terahertz era in grado di aumentare l’energia delle particelle di circa 7.000 elettronvolt (7 keV).
«Questa non è un’accelerazione enorme, ma l’esperimento dimostra che l’apparato funziona”, spiega Arya Fallahi del CFEL, co-autore dello studio e responsabile dei calcoli. «La teoria indica che dovremmo essere in grado di ottenere un’accelerazione fino a un gigavolt al metro». Questa stima è oltre dieci volte in più di ciò che può essere raggiunto con gli acceleratori migliori a nostra disposizione al giorno d’oggi. La tecnologia degli acceleratori al plasma, anch’essa attualmente in fase sperimentale, promette di produrre accelerazioni ancora più elevate, ma richiede laser molto più potenti di quelli necessari per gli acceleratori al terahertz.
I fisici sottolineano che la tecnologia al terahertz è di grande interesse sia per quanto riguarda i futuri acceleratori lineari, per l’uso che se ne può fare per studi di fisica delle particelle, sia come mezzo per costruire laser ai raggi X compatti e fonti di elettroni per ricerche nel campo dei materiali e per applicazioni mediche. «I rapidi progressi a cui stiamo assistendo consentiranno il futuro lo sviluppo di acceleratori al terahertz», spiega Emilio Nanni del MIT, primo autore dello studio. Nei prossimi anni, il team CFEL di Amburgo prevede di riuscire a costruire in laboratorio un laser compatto a elettroni liberi che emette nei raggi X (X-ray Free Electron Laser, XFEL), utilizzando la tecnologia al terahertz.
I cosiddetti laser ad elettroni liberi (Free Electron Laser, FEL) generano lampi di luce laser inviando elettroni ad alta velocità da un acceleratore di particelle lungo un percorso ondulato. Gli elettroni quindi emettono luce ogni volta che vengono deviati. Questo è lo stesso principio che verrà sfruttato dal laser a raggi X europeo XFEL, attualmente in fase di costruzione da un consorzio internazionale, e che partirà dal campus DESY di Amburgo per arrivare fino alla città di Schenefeld. L’intera struttura sarà lunga più di tre chilometri.
Un apparato sperimentale di tipo XFEL che faccia uso della tecnologia al terahertz dovrebbe avere una lunghezza totale inferiore ad un metro. «Ci aspettiamo che questo tipo di dispositivo garantisca la produzione di impulsi di raggi X molto brevi, con durata inferiore ad un femtosecondo (un milionesimo di miliardesimo di secondo)», dice Kärtner. Poiché gli impulsi sono così brevi, sono in grado di raggiungere picchi di luminosità paragonabili a quelli prodotti da strutture più grandi. «Con questi impulsi estremamente brevi speriamo di acquisire nuove informazioni su una serie di processi chimici estremamente rapidi, come ad esempio quelli che avvengono durante la fotosintesi».
Avere una comprensione dettagliata della fotosintesi potrebbe permetterci di replicare artificialmente questo processo e di sviluppare tecnologie sempre più efficienti per la conversione dell’energia solare. I ricercatori sono inoltre interessati a numerose altre reazioni chimiche. Come sottolinea Kärtner, «la fotosintesi è solo un esempio dei tanti possibili processi che vorremmo indagare in maggiore dettaglio». La tecnologia sviluppata per costruire questi laboratori estremi potrebbe ad esempio fornire supporto prezioso per una serie di tecniche di imaging a scopo medico.

lunedì 5 ottobre 2015

Sviluppata una speciale sostanza effervescente che potrebbe fermare le emorragie e curare le ferite più profonde.

Fonte: Tomshw.it
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Le ultime ricerche in campo militare hanno portato allo sviluppo di una speciale sostanza effervescente che potrebbe fermare le emorragie e curare anche le ferite più profonde.
La ricerca militare ci ha spesso regalato – nel bene o nel male – numerose invenzioni che sono poi entrate nella vita di tutti i giorni: basti pensare al GPS in campo tecnologico o al concetto stesso di "pronto soccorso" nato sui campi di battaglia della Prima Guerra Mondiale. Proprio in ambito medico, i militari sono sempre alla ricerca di nuove soluzioni che possano salvare la vita ai soldati anche nelle condizioni più gravi.
Sostanzialmente, sui campi di battaglia, la prima causa di morte è il dissanguamento. I medici in battaglia utilizzano delle bende intrise di agenti chimici che dovrebbero fermare l'emorragia e al contempo curare la ferita. Ma il sangue tende a disperdere quegli agenti chimici, allontanandoli dal punto in cui sono necessari, rendendo le cure difficoltose e impedendo l'arresto dell'emorragia.
Tuttavia, la soluzione al problema potrebbe essere dietro l'angolo: alcuni ricercatori hanno sviluppato speciali bendaggi composti da polvere di marmo, acido ed enzimi che al contatto con il sangue diventano effervescenti. Le bollicine derivanti dalla reazione servono per trasportare microparticelle coagulanti verso quei vasi sanguigni che ne hanno più bisogno. Le particelle penetrano in ogni zona, ma gli scienziati auspicano l'utilizzo di un endoscopio per consentire un ancora migliore direzionamento dell'agente coagulante.
L'invenzione non ha superato la soglia del laboratorio per ora, ma non è difficile immaginare uno scenario in cui anche le ferite più gravi in ambito militare, e successivamente anche in quello civile, non siano più una delle principali cause di complicazioni e decessi.

Il mattone che separa le particelle inquinanti dall'aria: Breathe Brick filtra l'aria prima che entri all'interno dell'edificio.

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Gli effetti dell'inquinamento atmosferico provocano circa 3,3 milioni di morti ogni anno, numero che potrebbe raddoppiare entro il 2050 secondo un recente studio condotto dal Germany’s Max Planck Institute for Chemistry. La cosa più sorprendere che emerge dalla ricerca è che in India e Cina sono i piccoli incendi domestici, dovuti a fornelli obsoleti, a essere la principale fonte di inquinamento. Inoltre, in questi paesi, il fuoco è spesso utilizzato per riscaldare le case, ma ci sono molte altre fonti di inquinamento. Trovare quindi un modo per pulire l'aria è sicuramente un interesse di tutti, non solo degli abitanti di queste zone.
Carmen Trudell, professore alla scuola di architettura del California Polytechnic, spera di trovare la risposta con il Breathe Brick. Il mattone è stato progettato in modo da formare una parte del sistema di ventilazione regolare di un edificio, con una facciata a doppio strato dei mattoni speciali all’esterno, completato da uno strato interno che fornisce isolamento standard. Al centro della mattone si crea il ciclo di filtrazione, che separa le particelle inquinanti pesanti dall’aria e cade in una tramoggia rimovibile alla base della parete.
 
Il sistema si compone di due parti fondamentali: mattoni in calcestruzzo e un accoppiatore di plastica riciclata, che aiuta ad allineare i mattoni e crea un percorso dall’esterno nel centro del mattone che è vuoto. I mattoni stessi presentano una superficie sfaccettata che aiuta a dirigere il flusso d’aria nel sistema, e una cavità separata per l’inserimento struttura in acciaio. Nei test galleria del vento, il sistema è stato testato per filtrare il 30% delle particelle fini (come inquinanti atmosferici) e 100% di particelle grossolane quali polvere.