Il laboratorio di elettronica e l'informatica: settori maschili o maschilisti? Raffaele Sinibaldi, biofisico

Fleming: Diodi valvole e amplificatori 1904, Galvani: le rane 1790 Volta: la pila 1800 Ohm: il resistore 1827 Maxwell: l’elettromagnetismo 1873 Tesla: il motore a corrente alternata 1888 Prodotti OEM: Original Equipment Manufacturer Marconi: la radio 1895 Fleming: Diodi valvole e amplificatori 1904, NASCE L’ELETTRONICA Stibitz: calcolatore 1939 Bell Labs: Transistor 1947 Olivetti: personal computer 1965 World Wide Web 1991

Un esempio: l’ampia varietà di motori elettrici

Tipologie di motori elettrici Corrente alternata: Motore asincrono Motore sincrono Motore monofase Motore trifase Corrente continua : Motore lineare Motore brushless Motore passo-passo Componenti di un motore elettrico Dinamo Trasformatore Convertitore rotante Alternatore / Raddrizzatore Il motore elettrico è considerato una tecnologia semplice Provate ad immaginare un motore a reazione e l’elettronica ad esso associata

Esempi meno noti 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

LED: LIGHT EMITTING DIODES OLED: ORGANIC LED (risparmio energetico) 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.

Fisica della Materia elettronica e Nanotecnologie 35 atomi di xenon 1 nm = 1 milionesimo di millimetro 1959: R. Feyman prevede la nascita della nanotecnologia 1974: Primo dispositivo elettronico molecolare brevettato (IBM) 1985: Scoperta dei fullereni 1986: Invenzione del microscopia ad effetto tunnel (IBM-Zurigo) 1988: La Dupont progetta la prima proteina artificiale 1989: D.M. Eigler (IBM) scrive il nome dell’azienda con 35 atomi di Xenon 1991: S. Iijima scopre i nanotubi di carbonio 1993: Nasce alla Rice University (USA) il primo laboratorio di Nanotecnologie 2001: IBM e Università di Delft (NL) creano il primo circuito logico a base di nanotubi 2002: L’UE stanzia 700 ML di EURO in 4 anni per la ricerca sulle nanotecnologie

Possibilità delle 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 Punti quantici Cristalli fotonici 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.

Informatica ed elettronica sono oggi fuse insieme 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.

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

Un paio di applicazioni delle nanotecnologie: L’occhio bionico 1: Video camera sugli occhiali vede l’immagine 2: Il segnale è mandato su di un dispositivo portatile 3: L’informazione rielaborata è spedita indietro sugli occhiali e trasmessa senza fili ad un ricevitore dietro alla pupilla 4: Il ricevitore informazione all’elettrodo impiantato nella retina 5: L’elettrodo stimola la retina che manda le informazioni al cervello Il costo dell’apparecchio esclusa l’operazione è di circa 30000 $.

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

Nanotubi di carbonio Nanotubo di carbonio Molecola di Fullerene (C60) 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

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.