Bastano un pennarello rosso e un laser per costruire un sensore
Forse senza saperlo, nelle nostre tasche, custodiamo un bel numero di sensori. Solo nello smartphone ci sono almeno l'accelerometro per rilevare il movimento, il giroscopio per la rotazione, il sensore di prossimità che rivela l'avvicinarsi del nostro orecchio, il sensore per le impronte digitali per l’identificazione facciale. E la lista si allunga, se includiamo anche altri dispositivi elettronici di uso quotidiano: dagli smartwatch ai computer portatili, per non parlare di tutti i sensori in casa per la domotica. Insomma viviamo circondati in un mondo sensorizzato, essenziale per la raccolta dei dati.
Si prevede che il mercato dei sensori registrerà un CAGR (un tasso di crescita annuale composto) del 7.8% durante il periodo di previsione nei prossimi cinque anni, ed il 50% dei dispositivi connessi in rete saranno IoT. Da qui si capisce, perché un numero crescente di ricerche si stia concentrando sull'ingegnerizzazione di sensori, per lo sviluppo di materiali meno costosi e processi più efficienti. Ma non esiste un solo materiale per la sensoristica – molto dipende dal tipo di utilizzo – anche se il silicio è sicuramente il più utilizzato nell'elettronica. Ora arriva dall'Italia una scoperta molto importante per la sensoristica, che potrebbe rappresentare una piccola grande rivoluzione. E ci si è arrivati quasi per caso come ci racconta Francesco Greco, professore di bioingegneria all’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. “Un mio dottorando, Alexander Dallinger dell’Università di Graz in Austria, in cui mi trovavo all'epoca in una fase di transizione, stava facendo degli esperimenti su materiali polimerici, cercando di convertirli in grafene tramite laser. Per caso ha segnato una zona da testare con un pennarello rosso che al passaggio del fascio laser, ha fatto comparire una traccia nera, tipica della formazione del grafene”. Da lì è partita l'indagine scientifica che ha portato alla scoperta di una sostanza chimica, contenuta nel rosso, Eosina Y, che resiste al passaggio del laser, a temperature di circa 3mila gradi e permette la formazione di un grafene poroso, non cristallino “con cui creare sia materiale conduttivo che sensori senza processi chimici e senza solventi” a costi molto bassi, perché l’inchiostro è low cost e il processo non richiede ambienti controllati o apparecchiature complesse. Il laser, infatti, può essere quello usato per incidere premi o targhette e “anziché montare dei circuiti o sensori spesso pesanti, costosi, ingombranti sugli oggetti, possiamo scriverli direttamente dove serve” ci spiega il professor Greco.
Dal punto di vista applicativo, si possono realizzare circuiti e sensori su molte superfici come vetro, ceramica, legno, tessuti e ipotizzare molte applicazioni tecnologiche. Nel campo dell'elettronica stampabile normalmente si impiegano inchiostri conduttivi (ad esempio fatti di particelle metalliche) per realizzare circuiti e sensori, mentre “con questo approccio si può usare la stampa di un normalissimo inchiostro colorato e poi definire il circuito o il sensore in grafene”.Un campo particolarmente importante in cui monitorare localmente la temperatura è quello dei chip di computer e smartphone che tendono a surriscaldarsi e mantenere la temperatura corretta è essenziale per il loro funzionamento. “La nostra tecnica permette di realizzare sensori di temperatura in maniera non invasiva sul case o anche direttamente sul packaging dei chip, senza aumentare ingombro e peso”.
Andando oltre, viene da pensare all'automotive. Ormai le nostre auto sono connesse ed i sensori sono molto comuni oltre che per le funzioni elettroniche, sia per le componenti meccaniche, ma anche parti della carrozzeria o dell'abitacolo dove è “necessario introdurre circuiti, sensori in maniera minimamente invasiva, evitando montaggi o cablaggi per la realizzazione di sensori ambientali” argomenta ancora il professore inventore che ha brevettato l'invenzione. Per un uso più quotidiano invece, sarebbe curioso conoscere la temperatura della nostra tazzina di caffè per godersi il momento perfetto di relax quotidiano. E sarà possibile, a quanto pare con i sensori stampabili. Invece “per applicazioni IoT si potrebbe usare su oggetti da sensorizzare che sono in grado di rilevare parametri e comunicare grazie all'utilizzo di tecnologie wireless”.
Intanto la ricerca prosegue, perché l'intenzione è di estendere l'ambito di applicazione per sviluppare sensori fisici e chimici di temperatura, deformazione, pressione destinati ad applicazioni industriali o per dispositivi medicali oppure integrarli su superfici robotiche, specialmente nel campo pionieristico della soft robotics. Per spingere il pedale anche sulla sostenibilità, il team di ricerca del Sant'Anna di Pisa sta esplorando un altro terreno: l'uso di coloranti naturali ricavati da scarti vegetali o alimentari con strutture chimiche simili a quelle dell'eosina, da cui è stato sviluppato il grafene. Per ridurre l’impatto sull’ambiente.
La Repubblica
