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La scienza della levitazione. Dall'osservazione dei campi
magnetici di Giove è nata l'idea per un un
reattore a fusione semplice, piccolo, potente ed economico. Nasce così LDX,
la "zucca nucleare" E' semplice quanto
rivoluzionaria l'idea che Jay Kesner, ricercatore dell'Istituto di Fisica del MIT,
illustra presentando LDX, ovvero Levitated Dipole Experiment (esperimento
di levitazione dipolare), un dispositivo per la fusione termonucleare che
sembra una zucca d'acciaio. LDX è, dopo 30 anni di ricerca, un possibile
sostituto dei complessi, costosi e giganteschi Tokamak,
gli attuali dispositivi di fusione a confinamento
magnetico a forma di ciambella. In queste macchine si riesce a generare
energia portando un gas ionizzato ad altissime temperature, cioè allo stato di plasma, e sottoponendolo a una
fortissima compressione. Il fine è riprodurre le reazioni che avvengono nel
Sole dove, grazie alle alte temperature e alla pressione di
elevati campi gravitazionali, i nuclei del gas idrogeno fondono
formando elio e generando energia. I Tokamak
comprimono il plasma "spingendolo" verso l'interno della ciambella,
mentre nell'LDX il plasma viene confinato in una
sorta di "ciambella virtuale", creata soltanto da un campo
magnetico dipolare, come quello dei pianeti. Proprio osservando come il campo
magnetico di Giove intrappola il gas ionizzato proveniente dal Sole, infatti,
è nata l'idea dell'LDX. Fisicamente, l'LDX è un serbatoio sottovuoto, alto tre metri e dal
diametro di cinque, al cui interno si trova una bobina di niobio (elemento
chimico usato per speciali leghe) avvolta ad anello che pesa circa 500 chili.
La bobina riesce a confinare il plasma grazie al campo magnetico che genera,
senza bisogno di strutture come nei Tokamak.
L'anello viene introdotto nella "zucca" e
raffreddato a -268 °C (affinché il niobio diventi
superconduttore). Viene quindi fatta passare la
corrente nella bobina e una gru la solleva sino a un metro e mezzo. A questo
punto viene acceso un magnete sul soffitto del
serbatoio, che genera un campo magnetico, debole per non interferire con
quello dell'anello, ma abbastanza forte da sollevare la bobina sino al centro
della struttura. La "levitazione" dura otto ore,
dopo di che l'anello si riscalda e dev'essere
nuovamente raffreddato. Il sistema consente di controllare il plasma
in maniera più semplice, con dispositivi più piccoli e con campi magnetici
inferiori a quelli dei Tokamak. Una centrifuga in
orbita. Il sogno di una missione umana verso Marte diventa sempre più reale.
Ecco cos'hanno inventato al MIT per allenarsi a
vivere in una navicella che gira come una giostra. Uno dei problemi più
grandi legati alla possibilità di una missione umana su Marte è la sua durata
(almeno tre anni) e i danni fisici che possono subire gli astronauti a causa
dell'assenza di gravità. Le soluzioni tradizionalmente adottate per ridurre
gli effetti di una prolungata assenza di peso si sono concentrate in
particolare sull'abbigliamento, con tute speciali che si gonfiano con una
pressione graduata in modo da aiutare la circolazione sanguigna. Oltre a essere scomoda e a limitare molto la mobilità degli
astronauti, la tuta allevia i sintomi fisici della 0 G (gravità zero) ma non ne
rimuove le cause e, soprattutto, non interviene su tutti gli altri organi e
tessuti (cuore, ossa, muscoli) che subiscono gli effetti collaterali della
mancanza di gravità. La Nasa sta sperimentando sulla Terra una astronave rotante (o comunque una zona al suo interno)
che produca una gravità artificiale. Ma i primi
esperimenti sono stati devastanti per l'equipaggio, non abituato a tollerare
brusche variazioni di gravità. La "mini-centrifuga" ideata nei
laboratori del MIT ha proprio questo scopo: allenare il corpo a sopportare la
"sindrome da adattamento nello spazio": i disturbi motori e i falsi
stimoli sensoriali che gli astronauti provano sulla propria pelle ogni volta
che passano da un ambiente a 0
G a uno con gravità artificiale.
"Immaginate di essere distesi su un letto che pian piano comincia a
ruotare a velocità costante", spiega Heiko Hecht, uno degli ideatori. "Provate
a tenere la testa immobile, non sentirete alcun fastidio. Ora girate la testa: comincerete a sentire strani effetti,
come se vi muoveste a spirale verso l'esterno. I vostri arti non
risponderanno più e avrete come l'impressione di essere tirati in varie
direzioni. È colpa delle forze di Coriolis e dei
falsi segnali che arrivano dai canali dell'orecchio da cui dipende
l'equilibrio. Bene, se foste degli astronauti dovreste imparare a muovervi,
lavorare, mangiare e dormire in queste condizioni. Insomma questa sarebbe la
vostra vita quotidiana, da alternare ai "voletti"
da una parte all'altra dell'astronave nelle zone a gravità zero". Gli
allenamenti nella centrifuga servono a capire i limiti di tolleranza e le
capacità di adattamento del corpo e il via libera al
volo su Marte potrebbe venire proprio dal lavoro di Hecht
. Il medico a portata di dito Può un gioiello prendersi cura della nostra
salute? Sì, purché sia l'anello-sensore che tiene
sotto controllo il lavoro del cuore e la qualità della nostra linfa vitale:
il sangue. Nei laboratori d'Arbeloff, la fucina del
MIT dove vengono realizzati nuovi dispositivi
elettronici e informatici, il futuro della medicina passa attraverso un chip
e un'antenna radio. Almeno di questo sono convinti i ricercatori del gruppo
di Harry Asada che stanno
mettendo a punto una serie di minuscoli apparecchi
per tenere sotto controllo la salute ventiquattro ore su ventiquattro. Tra i
più interessanti frutti delle ricerche c'è un anello salvavita, il "ring-sensor". All'apparenza sembra un comune anello
(magari dalla forma un po' vistosa), ma al suo
interno racchiude un circuito elettronico, una CPU (come quelle dei
computer), due fotodiodi e una serie di led che tengono sotto controllo in ogni istante il
battito cardiaco, la quantità di sangue che arriva agli organi del corpo e la
sua qualità, ovvero il carico di ossigeno che trasporta alle cellule.
"Il nostro scopo è quello di creare apparecchi non invasivi, cioè che non diano l'impressione al paziente di essere
"attaccato a una macchina"", spiega Phillip
Shaltis, l'ingegnere che si occupa della messa a
punto del dispositivo, "e l'anello è stato una scelta immediata. Primo,
perché è uno degli oggetti che in genere si indossano
di continuo, anche di notte; secondo, perché la pelle alla base del dito è
molto più sottile, facilitando il controllo delle arterie con sensori optoelettronici". Tecnicamente l'anello combina due
tipi di analisi: la fotopletismografia
(il pletismografo è un dispositivo che misura le
variazioni di dimensione di una parte del corpo analizzando i cambiamenti
della quantità di sangue che irrora la parte in esame) e la pulsiossimetria (misurazione della frequenza cardiaca e
della saturazione d'ossigeno, vedi Newton n°
3/2001, pagina 24). I dati raccolti vengono inviati
tramite una microantenna al computer, al palmare e persino al telefono
cellulare del medico o del centro di pronto soccorso, che può intervenire in
tempo reale in caso d'allarme anche se il paziente non ha ancora avvertito
nessun sintomo. "Ma non basta" conclude Phillip Shaltis. "Il ring-sensor permette anche di tarare esattamente il
dosaggio dei farmaci in base alle esigenze del paziente, il che è di
fondamentale importanza soprattutto nei casi di malattie croniche".
Formiche hi-tech I primi colonizzatori di altri
pianeti potrebbero essere una tribù di formiche, gli specialissimi insetti
elettronici nati nel Laboratorio di Intelligenza artificiale del MIT. Dalla
mente dello studente James McLurkin
ai progetti del laureando McLurkin, alle scrivanie
degli ingegneri della Nasa: ne hanno fatta di
strada questi cubetti, grandi appena 2,5 centimetri,
capaci di muoversi e interagire tra loro e con il mondo che li circonda.
"Cercavo un'idea per la tesi di laurea", racconta McLurkin "e il mio professore mi propose
una sfida: creare una comunità di robot. Immediatamente pensai alle formiche,
esseri minuscoli eppure capaci di creare vere "città" con una
struttura sociale e di comunicare fra loro attraverso feromoni,
messaggeri chimici. Le mie formiche utilizzano luci e impulsi radio invece
dei feromoni, ma il risultato è lo stesso: parlano
tra loro e agiscono secondo una strategia di gruppo". Le formiche
elettroniche si muovono su ogni superficie grazie alle ruote cingolate. Il
loro cervello è stato realizzato utilizzando una nuova tecnica di incisione 3D per inserire sul minuscolo microprocessore
i sistemi di controllo di ben 17 sensori, ciascuno dei quali comunica sia con
il proprio cervello elettronico sia con quelli delle altre formiche. Il
sensore di carica (le formiche funzionano con una pila ricaricabile al
nichel-cadmio da 2,4 volt), per esempio, è collegato a
un led che col variare della luminosità, comunica
lo stato di "stanchezza" del robottino
(ovvero la carica della pila). I sensori di urto,
invece, servono a riconoscere gli oggetti che si incontrano durante il
cammino, e quelli per il nutrimento sono in grado di valutare se si tratta di
semplici ostacoli, che quindi vanno aggirati o di cibo, che va recuperato
chiamando in rinforzo tutte le altre formiche. "I parametri da
controllare e la scelta della funzione da attivare è un lavoro talmente
complesso", spiega McLurkin, "che il
software di ciascun robot è composto da tanti
piccoli programmi o "comportamenti", ciascuno dei quali comanda
massimo due sensori e prende le relative decisioni". E
le applicazioni? "Quella che mi affascina di più è l'esplorazione spaziale",
conclude lo scienziato. "Un semplice zainetto
può contenere una colonia di centinaia di formiche e ciascuna di esse potrebbe portare a casa tanti bei bocconcini di
terreno marziano, per esempio. Un vero pasto da gourmet
per gli scienziati". Un alter ego d'acciaio. Dai laboratori ai salotti:
ecco iRobot, il primo
robot che, attraverso Internet, fa la spesa, controlla la sicurezza di casa,
bambini, anziani, animali domestici e... Avete mai sognato come sarebbe la
vita se il vostro computer fosse davvero intelligente? Se si potesse muovere,
grazie a Internet, in giro per casa o dove vi pare
per eseguire i vostri ordini? Se fosse in grado di
guardare, ascoltare, parlare e agire al posto vostro? Insomma vi piacerebbe
avere un alter ego fatto di chip, viti e bulloni?
Ancora pochi mesi di pazienza e dalla fine di quest'anno
(negli Stati Uniti) o al più tardi dalla prossima primavera (in Europa)
potrete avere in casa iRobot,
quella specie di giraffino che vedete immortalato
qui sopra. un progetto nato in collaborazione tra
gli Istituti di Robotica e di Intelligenza artificiale del MIT e la iRobot, un'azienda americana specializzata in "avatar" ovvero in identità umane virtuali.
L'intelligenza (e anche la fascia di prezzo a cui sarà
venduto) è data da un comune processore di ultima generazione e una
serie di software (il sistema base è Linux) tra cui
anche uno per la gestione in automatico degli acquisti su siti di commercio
elettronico. Grazie alla videocamera digitale che costituisce gli occhi di iRobot, sarà così possibile,
per esempio, inviare il robottino in
"missione" nella dispensa e, scoperti gli ingredienti che mancano,
ordinargli di acquistarli on-line. Il tutto mentre siete al
lavoro o in vacanza. Con la webcam ad alta
definizione iRobot si
trasforma anche in un "vigilantes privato" ai cui occhi nessun
intruso sfugge o in "baby sitter
hi-tech", per controllare i bambini che giocano o dormono in un'altra
stanza. Ma non basta ancora. Gli arti meccanici di iRobot gli consentono anche
di prendersi cura degli animali domestici che restano soli in casa, versando
il cibo nelle vaschette e addirittura facendo loro qualche carezza. Il
sistema di cingoli gli permette di muoversi su qualsiasi superficie, anche di
salire le scale, e i software di gestione della posta elettronica e delle
telefonate via Internet lo rendono molto utile anche
per l'assistenza alle persone anziane. Oltre a far loro compagnia con i
giochi e il frasario che il robot man mano impara, iRobot è anche in grado di controllare alcuni
parametri medici (battito cardiaco e pressione, per esempio) e chiamare
numeri di emergenza memorizzati.
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