Raffaele Sinibaldi, biofisico

Il laboratorio di elettronica e l'informatica: settori maschili o

maschilisti?

Maxwell: l’elettromagnetismo 1873

Ohm: il resistore 1827

Galvani: le rane 1790

Volta: la pila 1800

Tesla: il motore a corrente alternata 1888

Fleming: Diodi valvole e amplificatori 1904,NASCE L’ELETTRONICA

Marconi: la radio 1895

Bell Labs: Transistor 1947

Olivetti: personal computer 1965

Stibitz: calcolatore 1939

World Wide Web 1991

Prodotti OEM:Original Equipment Manufacturer

Un esempio: l’ampia varietà di motori elettrici

Corrente alternata:Motore asincrono Motore sincrono

Motore monofase Motore trifase

Dinamo Trasformatore

Convertitore rotanteAlternatore / Raddrizzatore

Tipologie di motori elettrici

Corrente continua :Motore lineare

Motore brushless Motore passo-passo

Componenti di un motore elettrico

Il motore elettrico è considerato una tecnologia semplice

Provate ad immaginare un motore a reazionee l’elettronica ad esso associata

Gli Stati Uniti d’America e il Giappone sono all’avanguardia per la realizzazione di indumenti polifunzionali. • Il giaccone da snowboard incorpora un lettore mp3• Un corpetto sanitario in grado di monitorare le funzioni vitali di pazienti a rischio• Giacca fotoluminoscente sviluppata con tesi di dottorato

Esempi meno noti

Tessuti che emettono luce basati su LED

LED: LIGHT EMITTING DIODES

OLED: ORGANIC LED (risparmio energetico)

Sviluppi futuri sono legati all’utilizzo di batterie tessili e tessuti fotovoltaici. L’energia necessaria per far funzionare i dispositivi sarà quella solare, poi immagazzinata in questo tipo di tessuto.

Forse per le mode più eccentriche bisognerà aspettare ancora qualche anno: esistono già tessuti in grado di cambiare colore. La figura a lato mostra sedici diversi schemi di colorazione ottenuti tramite irraggiamento UV di un plaid.Esistono tessuti che cambiano colore elettricamente, ma al momento sono una tecnologia militare USA.

1959: R. Feyman prevede la nascita della nanotecnologia 1974: Primo dispositivo elettronico molecolare brevettato (IBM)1985: Scoperta dei fullereni1986: Invenzione del microscopia ad effetto tunnel (IBM-Zurigo)1988: La Dupont progetta la prima proteina artificiale1989: D.M. Eigler (IBM) scrive il nome dell’azienda con 35 atomi di Xenon1991: S. Iijima scopre i nanotubi di carbonio1993: Nasce alla Rice University (USA) il primo laboratorio di Nanotecnologie2001: IBM e Università di Delft (NL) creano il primo circuito logico a base di nanotubi2002: L’UE stanzia 700 ML di EURO in 4 anni per la ricerca sulle nanotecnologie

1 nm = 1 milionesimo di millimetro

35 atomi di xenon

Fisica della Materia elettronica e NanotecnologieFisica della Materia elettronica e Nanotecnologie

L’inserimento di nanoparticelle in un materiale permette di modificarne le sue proprietà intrinseche come:• resistenza meccanica, resistenza elettrica, peso ed elasticità • assorbimento ed emissione di radiazione elettromagnetica• fibre di carbonio in colle, nanocatalizzatori, ecc.

Integrazione dei dispositivi nanometrici su circuiti elettronici • migliori prestazioni, maggiore velocità e minori costi di produzione • uso di effetti quantistici • strutture con l’equivalente ottico dell’energy gap nei semiconduttori potrebbero portare a computer più veloci e comunicazioni ottiche

Cristalli fotoniciPunti quantici

Possibilità delle NanotecnologiePossibilità delle Nanotecnologie

Fili quantici

AMD sfida Intel con la nuova CPU Phenom II AM3 (10 febbraio 2009)

AMD ha lanciato i nuovi processori Phenom II che utilizzano il socket AM3, diventando pienamente compatibili con le memorie DDR3. I modelli in

vendita sono cinque, due con tre nuclei e tre con quattro nuclei, realizzati con tecnologia a 45 nanometri e compatibili con le schede madri con socket

AM2+; il TDP è di 95 W, 30 W in meno dei chip presentati a gennaio.

Nota: il virus dell'HIV ha un raggio di circa 120 nm, un globulo rosso umano circa 6000-8000 nm e un capello è spesso poco meno di 80000 nm.

•L’utilizzo del microchip permette all’utente di poter scegliere tra tante opzioni come nelle moderne lavatrici o nell’IPhone

•Il microchip permette di avere un’interfaccia grafica

•Il microchip permette a dispositivi diversi di comunicare tra loro ad esempio via USB, BlueTooth o WiFi

•Il programmatore è spesso chiamato a programamre dei microchip che controllano apparecchiature elettroniche

•All’ingegnere elettronico viene richiesto di realizzare dei dispositivi collegati ai microchip.

Informatica ed elettronica sono oggi fuse insieme

Per disegnare i processori e le schede elettroniche si usano sofisticati

programmi di grafica

Interno CPU

Difficoltà nell’approccio all’elettronica

• Concetti fisico matematici• Terminologia dei componenti elettronici e meccanici• Ogni tipo di componente può avere a sua volta decine o centinaia di specifiche diverse che lo rendono più o meno adatto alle diverse applicazioni• Utilizzo di software• Capacità di programmare (C++, Java e altri linguaggi)

Per entrare in questo ambiente è utile avere una forte passione ma non è sufficiente ……

…. la disponibilità di un maestro più anziano ed esperto può essere fondamentale, ho avuto la fortuna di averne alcuni che mi hanno sia dato delle istruzioni, sia permesso di fare da solo, mi hanno corretto e bacchettato. Mia moglie anche con amore e bacchetta mi ha spinto

a ricercare qualità ed efficienza.

Difficoltà aggiuntive per le donne

• L’esperto di riferimento in questo ambiente è al 99% uomo• L’esperto potrebbe fare battutine, essere contento della presenza della presenza della donna• La donna potrebbe anche approfittarne e far fare parte del suo lavoro all’esperto più anziano, in questo modo però impara poco•Il detto “Impara l’arte ….” è la regola d’oro sia per uno scienziato che per un tecnico• A volte le donne portano dei dolci fatti in casa in laboratorio• Le donne si mettono l’una contro l’altra• Spesso si mettono in tre quattro donne contro la migliore

Non so perché ma i maschi cercano di collaborare con il migliore del gruppo, le donne spesso cercano

di isolare la migliore tra loro

1: Video camera sugli occhiali vede l’immagine 2: Il segnale è mandato su di un dispositivo portatile3: L’informazione rielaborata è spedita indietro sugli occhiali e trasmessa senza fili ad un ricevitore dietro alla pupilla4: Il ricevitore informazione all’elettrodo impiantato nella retina5: L’elettrodo stimola la retina che manda le informazioni al cervello

Un paio di applicazioni delle nanotecnologie:L’occhio bionico

Il costo dell’apparecchio esclusa l’operazione è di circa 30000 $.

retinaartificiale

All’interno dell’occhio bionico c’è una fotocellula della NASA estremamente sensibile

Il recettore artificiale è un film sottile di ceramica, cresciuto atomo per atomo ed uno strato per volta con una tecnica detta epitassi molecolare.

E’ costituito da 100000 detector ciascuno delle dimensioni di 30 micron.I coni della retina naturale hanno dimensioni di 5-10 micron.

I nanotubi di carbonio sono strutture basate sui fullereni. Il diametro di un nanotubo è compreso tra un minimo di 0,7 nm e un massimo di 10nm. L’elevatissimo rapporto tra lunghezza e diametro (nell’ordine di 10000) consente di considerarli come delle nanostrutture virtualmente monodimensionali, e conferisce a queste molecole un’elevatissima resistenza alla trazione. Sono utilizzati semiconduttori per costruire chip sempre più piccoli

Molecola di Fullerene (C60)

Nanotubo di carbonio

Nanotubi di carbonio

Nano bio elettronica: Bio-nanorobot immaginato dal team di Constantinos Mavroidis assomiglia ad una cellula vivente.

Mavroidis propone una sorta di “tela del ragno” formata da nanotubi e bio-nanosensori per mappare dettagliatamente l'ambiente di pianeti alieni. Oppure, una “seconda pelle” per gli astronauti da indossare sotto le spacesuits per monitorare l'atmosfera circostante e l'eventuale pericolo di radiazioni.