Acquisire informazioni sui colori superando la nostra capacità visiva di 12 volte!

Credits immagine: jakerome/Flickr CC

Fonte: Galileonet.it

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Nel prossimo futuro il miglioramento delle immagini, allargando lo spettro acquisibile, potrebbe offrire numerosi vantaggi in molti settori come quello medico, industriale o militare. Anche grazie a un nuovo sistema capace di acquisire informazioni sui colori superando la nostra capacità visiva di 12 volte, progettato dai ricercatori della University of Granada guidati da Miguel Martinez.
I dispositivi che utilizziamo solitamente, come fotocamere digitali, cellulari, e webcam, per catturare i colori hanno dei sensori di immagine in bianco e nero coperti da filtri colorati, come ad esempio il più comune sistema Rgb, che utilizza i filtri rosso, verde e blu. Per ottenere l’informazione del colore di ogni pixel è necessario un algoritmo che combini insieme i dati acquisiti da ciascun filtro.
Per progettare il nuovo sistema, presentato sulle pagine di Applied Optics, gli scienziati hanno utilizzato un nuovo tipo di sensore al silicio sviluppato al Politecnico di Milano, combinandolo con una matrice di filtri multispettrali (invece dei 3 dell'Rgb). “Ciascun fotone, in base alla lunghezza d’onda, ovvero al suo colore, attraversa le superfici ad una certa profondità. In questo modo, attraverso la loro raccolta a vari livelli sulla superficie di silice di cui sono fatti i sensori, i diversi colori possono essere separati senza la necessità di filtri”, ha spiegato Martinez.
Questi nuovi dispositivi, chiamati Transfers Field Detectors (Tfd), “sono in grado di estrarre informazioni cromatiche complete in ogni pixel dell’immagine senza la necessità di applicare filtri a colori su di essi”, continua Martinez, contando su un totale di 36 canali di colori e migliorando così di 12 volte le informazioni sui colori acquisibili dall'occhio umano e dalle fotocamere tradizionali.
Riferimenti: Applied Optics http://dx.doi.org/10.1364/AO.53.000C14

Ecco il robot-serpente che scala le dune di sabbia. Passo verso robot terrestri adatti ad ogni terreno.

Il robot-serpente messo a punto dagli ingegneri della Carnegie Mellon University (fonte: Nico Zevallos e Chaohui Gong)

Fonte: ANSA Scienze

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E' stato messo a punto un nuovo robot-serpente in grado di scalare le dune di sabbia con movimenti obliqui simili a quelli del serpente a sonagli.
Capace di muoversi sui terreni più difficili, potrebbe essere usato per operare tra le macerie di un edifico o di una centrale nucleare, così come in una spedizione archeologica nel deserto o una missione esplorativa su un pianeta alieno. Lo hanno messo a punto gli ingegneri di tre università statunitensi (Georgia Institute of Technology, Carnegie Mellon University e Oregon State University) in stretta collaborazione con i biologi dello zoo di Atlanta. I risultati dello studio sono pubblicati su Science.
La natura come maestra
''La nostra idea iniziale era quella di usare il robot come modello fisico per capire il movimento dei serpenti'', spiega Daniel Goldman del Georgia Tech. ''Studiando l'animale e il modello fisico insieme - aggiunge - abbiamo scoperto dei principi generali molto importanti che ci hanno permesso non solo di capire il serpente, ma anche di migliorare il robot''.

Un robot allo zoo
Lungo quasi 94 centimetri, questo serpente hi-tech è un robot modulare tenuto insieme da 16 articolazioni, che gli consentono di muoversi in obliquo per scalare terreni sabbiosi sempre più ripidi senza rischiare di rimanere bloccato. Per migliorare le sue performance, gli ingegneri hanno studiato a fondo i movimenti di sei serpenti a sonagli posti all'interno di un recinto presso lo zoo di Atlanta. Per scalare le dune, questi animali si muovono in obliquo sollevando in maniera alternata solo alcuni tratti del corpo e lasciando gli altri a contatto con il suolo, un po' come fa il cingolo di un carro armato. Quando la pendenza aumenta, ecco il loro 'segreto': far aderire al suolo segmenti del corpo sempre più lunghi in modo da ridurre al minimo il rischio di scivolamento.

Da Lhc due nuove particelle: Due mesoni precedentemente mai osservati.

(foto: FABRICE COFFRINI/AFP/Getty Images)

Fonte: Wired.it

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Si tratta di due mesoni precedentemente mai osservati, le cui caratteristiche potrebbero aiutare gli scienziati a studiare la cosiddetta “interazione forte” che tiene uniti i quark.

Dopo il Bosone di Higgs, altre due particelle tutte nuove sono in arrivo dal Cern di Ginevra. Studiando una serie di strani picchi energetici già registrati nel 2006 dall’esperimento BaBar della Stenford University, i ricercatori dell’Lhcb sono riusciti infatti ad identificare DS3*(2860)- e DS1*(2860)-, due mesoni precedentemente sconosciuti, che presentano alcune caratteristiche assolutamente uniche, con cui gli scienziati sperano di studiare alcune delle forze più elementari della materia.
I mesoni sono particelle che contengono due quark, le particelle sub atomiche indivisibili che compongono la materia, e che sono tenute insieme dalla cosiddetta interazione forte, una delle quattro interazioni fondamentali postulate dalla fisica (interazione forte, elettromagnetica, debole e gravitazionale). A rendere importante la nuova scoperta è il fatto che a differenza degli altri mesoni conosciuti, lo spin di DS3*(2860)- (misura che concorre a definire lo stato quantico) permetterebbe di conoscere con precisione le proprietà dei quark che lo costituiscono.
In particolare, spiegano i ricercatori dell’Lhcb, questo rende la nuova particella un candidato perfetto per lo studio dell’interazione forte, perché le sue caratteristiche semplificano notevolmente i calcoli coinvolti. Lo studio è stato svolto inoltre utilizzando una tecnica chiamata Dalitz Plot Analisys, che permette analizzare i picchi energetici registrati da un acceleratore di particelle, separando e visualizzando i diversi percorsi che può prendere una particella mentre decade. È la prima volta che questa tecnica viene utilizzata con successo sui di dati raccolto dall’Lhc, e viste le dimensioni dei set di misurazioni raccolti dall’acceleratore del Cern, i ricercatori si aspettano che la dimostrazione dell’efficacia della Dalitz Plot Analysis apra presto la strada a nuove importanti scoperte.

Primo passo verso i computer 'viventi'. Dopo gli Ogm, le piante sintetiche.

Cellule di foglie di Arabidopsis thaliana (fonte: Fernán Federici and Jim Haseloff , University of Cambridge) 

Fonte: ANSA Scienze

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Dopo gli Ogm, arrivano le piante sintetiche, o meglio 'geneticamente inventate'. A differenza degli organismi geneticamente modificati, le sequenze di Dna innestate in queste piante sono artificiali, ossia progettate e costruite in laboratorio. Sono il primo passo verso i computer viventi o verso i microprocessori fatti di fibre vegetali. Le descrivono sulla rivista  Science June Medford e Ashoka Prasad, dell'università americana del Colorado.

Un gigantesco esperimento
I tentativi in corso da tempo nei laboratori di tutto il mondo cominciano ad avere i primi successi: ''è un gigantesco esperimento, ma credo che per decenni resterà in laboratorio. L'obiettivo in questo momento non è tanto ottenere piante in grado di fare determinate cose, quanto capire come funziona il Dna vegetale'', osserva Roberto Defez, dell'Istituto di Bioscienze e Biorisorse (Ibbr) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr) a Napoli. ''E' come avere di fronte - aggiunge - un televisore complicatissimo e smontarlo per vedere quali pezzi servono a produrre video o suono''. Una volta compresi meglio i segreti del Dna delle piante allora, per Defez, si potrà passare a sviluppare organismi in grado di fare quello che vogliamo. Tuttavia ''la strada è ancora lunga, inoltre, una cosa è produrre queste piante in laboratorio, un'altra è farlo nell'ambiente reale''.

Circuiti genetici
L'approccio riproduce quell'elettronica: si assemblano circuiti genetici, ossia sequenze che governano interi processi metabolici. Ma a differenza dei circuiti elettronici che richiedono connessioni utilizzando dei cavi, le funzioni dei geni richiedono una sorta di passa-parola molecolare. Di conseguenza per governare bene i meccanismi che si vogliono realizzare in modo artificiale, è cruciale conoscere alla perfezione la cascata di eventi generata dai geni o gruppi di geni. Altri metodi consistono nello 'smontare' il Dna, eliminando per esempio i geni che non codificano, e nel rimontarlo; altri ancora innestano nel genoma della pianta gruppi di geni prelevati da batteri. Prima di passare alla realizzazione pratica, tutti questi processi vengono simulati al computer per programmare la risposta desiderata.

Sensori e computer biologici
In questo modo è stato ottenuto, per esempio, tabacco con una proteina che permette alla pianta di percepire alcune sostanze chimiche e di segnalarne la presenza cambiando colore, ossia diventando più chiara grazie a una perdita di clorofilla. Per Pierdomenico Perata, esperto di Fisiologia vegetale e rettore della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, l'obiettivo di questi esperimenti è verificare se è possibile riprodurre il concetto di calcolo usando elementi biologici come Dna e proteine allo scopo di ottenere veri e propri 'computer viventi'. Questi organismi, secondo l'esperto, potrebbero essere alla base di una nuova generazione di sensori o, in futuro lontano, per realizzare microprocessori biologici per i computer.

Il supermicroscopio europeo da 1,8 miliardi. Nasce in Svezia, ed è la più potente sorgente di neutroni al mondo.

Il progetto della struttura che ospiterà il supermicroscopio ESS (fonte: ESS)

Fonte: ANSA Scienze

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Parla italiano il microscopio a neutroni più potente del mondo. Si chiama Ess (European Spallation Source) e permetterà di conoscere la struttura di cellule, molecole e materiali con un dettaglio senza precedenti, con ricadute nei settori più diversi: dall'elettronica all'energia solare, dalla biologia alla medicina. Costa 1,8 miliardi di euro e la prima pietra e' stata posata il 9 ottobre in Svezia, a Lund. I primi neutroni sono attesi per il 2019, mentre i primi esperimenti sono in programma nel 2023.

Al progetto, che getta le basi per una nuova generazione di infrastrutture di ricerca in Europa l'Italia partecipa in modo importante con il ministero per l'Istruzione, l'Universita' e la Ricerca, l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), Elettra Sincrotrone Trieste e Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr).

''L'Infn partecipa alla realizzazione della nuova sorgente europea di neutroni sin dal 2009'', con la progettazione e la costruzione di componenti fondamentali dell'acceleratore", ha Eugenio Nappi, della giunta esecutiva dell'Infn e rappresentante del ministero nel comitato guida del progetto Ess. Per il presidente di Elettra Sincrotrone Trieste, Alfonso Franciosi, ''la partecipazione concreta e attiva di Elettra e degli altri partner italiani alla European Spallation Source è un'opportunità fondamentale per il nostro Paese, sia dal punto di vista scientifico sia dal punto di vista industriale''. Soddisfatto anche il presidente del Cnr, Luigi Nicolais, per il quale il progetto Ess ''è un esempio di infrastruttura scientifica ideata, progettata e realizzata europeisticamente''.

Catturata la particella bifonte. È anche la sua antiparticella, prevista da Ettore Majorana.

La traccia alle estremità corrisponde al fermione di Majorana (fonte: Ilya Dorzdov, Yazdani Lab, Princeton University)

Fonte: ANSA Scienze

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E' una delle particelle più stravaganti mai previste perché è nello stesso tempo anche la sua antiparticella, ossia il suo opposto nell'antimateria. Vale a dire che è qualcosa che si comporta sia come materia sia come antimateria. L'aveva prevista nel 1937 uno dei 'ragazzi via Panisperna', il fisico Ettore Majorana, e solo a distanza di 80 anni è stata finalmente osservata. Il risultato, pubblicato sulla rivista Science, si deve al gruppo di Stevan Nadj-Perge, dell'università americana di Princeton.

Verso i computer quantistici:
Per i ricercatori la scoperta è un mix di matematica, fisica teorica e ingegneria: gli esperti vedono già nella scoperta di questa particella stravagante, chiamata 'fermione di Majorana', un passo che avvicina i futuri computer quantistici, superveloci e superpotenti. In questi ultimi gli elettroni non rappresentano soltanto i valori uno e zero, come accade nel codice binario con cui funzionano attualmente i computer, ma anche quelli di uno strano stato nel quale sono nello stesso tempo uno e zero. La particella bifronte, chiamata 'fermione di Majorana', potrebbe essere un ottimo candidato per trasportare l'informazione dei computer quantistici.

Fisica 'low cost' e di alto livello:
''E' un risultato fantastico, davvero molto bello'', osserva il fisico Massimo Inguscio, presidente dell'Istituto Nazionale per la Ricerca in Metrologia (Inrim). La caccia al fermione di Majorana risale agli albori della fisica quantistica, quando i fisici si resero conto che le loro equazioni implicavano l'esistenza di una materia 'specchio' rispetto a quella che conosciamo direttamente.

La chiave nelle nanotecnologie:
Mentre per catturare altre particelle celebri, come il bosone di Higgs, sono stati necessari grandi acceleratori, i fisici sono riusciti a ottenere l'immagine ''brillante'' del fermione di Majorana grazie alle nanotecnologie. ''Ci sono aspetti della fisica fondamentale - rileva Inguscio - per studiare i quali non sono più necessari grandi acceleratori: si può andare al nocciolo delle equazioni facendo esperimenti su un banco da laboratorio''. E' quanto ha fatto il gruppo di Princeton, che ha utilizzato catene di atomi di ferro fatte depositare su un superconduttore come il piombo. Per Inguscio ''la novità sperimentale è che gli autori riescono a fare delle misure elettriche con elevatissima risoluzione spaziale, per cui vanno a vedere le proprietà elettriche della catena di atomi nel centro e alle estremità e vedono che solo alle estremità ci sono le 'firme' dei fermioni di Majorana che ci si aspetta''.

Arriva il mantello dell'invisibilità 'low cost'. Genera un'illusione ottica che nasconde gli oggetti (VIDEO)

Il mantello dell'invisibilità low-cost, basato sulla combinazione di quattro lenti (fonte: J. Adam Fenster / University of Rochester)

Fonte: ANSA Scienze

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Arriva il mantello dell'invisibilità 'low cost': più efficace ed economico grazie alla combinazione di quattro lenti comuni che generano una sorta di illusione ottica che nasconde gli oggetti alla vista. Il risultato, pubblicato online sul sito arXiv.org e in via di pubblicazione sulla rivista Optics Express, si deve ai fisici Joseph Choi e John Howell, dell'università americana di Rochester.
Le applicazioni possibili, tra effetti speciali e chirurgia
Tra le possibili applicazioni, le prime potrebbero riguardare il cinema e la medicina: nel primo caso, con una nuova generazione di effetti speciali e nel secondo per facilitare il lavoro dei chirurghi nascondendo le loro mani durante gli interventi. Il mantello dell'invisibilità low cost riesce a nascondere oggetti di grandi dimensioni grazie all'uso di quattro lenti, poste a una distanza regolare fra loro. Lo scopo è deviare la luce, facendola ruotare intorno all'oggetto senza colpirlo. ''E' un'interessante dimostrazione sperimentale'', ha osservato Vito Mocella, dell'Istituto microelettronica e microsistemi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr) a Napoli. Il pregio, ha aggiunto, è che la tecnologia funziona a livello macroscopico e su una larga banda. Tuttavia, sottolinea ''gli autori la definiscono impropriamente 'mantello', ma in questo caso non c'è un materiale che copre un oggetto occultandolo: è più una sorta di illusione ottica, per ottenere, a esempio, effetti speciali''.

Come funziona
Il sistema si basa sull'idea di nascondere gli oggetti con la luce, come stanno tentando di fare tanti altri gruppi di ricerca nel mondo. Tutti questi esperimenti, però, utilizzano materiali speciali capaci di respingere completamente la luce e hanno funzionato solo su oggetti piccolissimi. Seguendo una strada molto diversa, gli autori del mantello dell'invisibilità low cost sono riusciti a superare alcuni di questi limiti ottenendo una tecnologia che funziona nell'intero spettro visibile della luce senza distorcere lo sfondo su cui è posto l'oggetto nascosto. La tecnologia, però, non è ancora perfetta: l'oggetto risulta nascosto solo per pochi gradi (circa 15 gradi) e questo vuol dire che se lo spettatore si sposta riesce comunque a vederlo.

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