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“La Dama con l’Ermellino”: il dipinto di Leonardo riprodotto su un’area più piccola della punta di un ago

RICERCA

Ricercatori dell’Università della Calabria del Consiglio Nazionale delle Ricerche hanno migliorato le prestazioni di una stampante 3D a livello nanometrico, ottenendo risoluzioni mai raggiunte. Tra le applicazioni lenti piatte e ipersottili per fotocamere e microscopi ottici di nuova concezione

ARCAVACATA  DI RENDE(Cosenza)  –  È possibile riprodurre un capolavoro come “La Dama con l’Ermellino”, racchiudendone tutti i dettagli, su un’area più piccola e più sottile della punta di un ago? Un team di ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università della Calabria e della sede di Rende dell’Istituto di Nanotecnologia del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-Nanotec) è riuscito nell’ambiziosa impresa, migliorando e innovando le prestazioni di una stampante 3D nanometrica prodotta dall’azienda Nanoscribe GmBH, già in uso presso i laboratori del CNR-Nanotec.

La strumentazione commerciale, grazie a una avanzatissima tecnica ottica di “additive manufacturing”, consente di fabbricare oggetti tridimensionali complessi e di riprodurre dettagli di centinaia di nanometri (un nanometro equivale ad un miliardesimo di metro). Non sarebbe però mai riuscito a raggiungere un livello di risoluzione spaziale tale da restituire su una superficie minuscola una riproduzione così fedele dell’opera di Leonardo.

L’intuizione vincente del team – e in particolare del dottor Giuseppe Emanuele Lio ­– è stata quella di integrare nella strumentazione meta-materiali ottici opportunamente progettati, che hanno permesso di spingere la tecnica oltre i propri limiti. Rispetto alla performance standard, il sistema messo a punto dai ricercatori Unical e CNR permette un considerevole aumento della risoluzione di “stampa” di circa 10 volte in verticale e di 2 volte nel piano (90% in altezza e del 50% in larghezza).

Le possibilità della tecnica sono dimostrate da una riproduzione 3D del dipinto di Leonardo, in forma quindi di bassorilievo, alta soltanto 500 nanometri. «La peculiarità di questa tecnica è proprio la possibilità di lavorare su più livelli in altezza in una singola procedura di fabbricazione» spiega il professor Caputo. Il risultato, osservato con un microscopio a forza atomica, è stato sorprendente (in foto si riporta l’immagine catturata al microscopio, confrontata con una riproduzione a stampa dell’opera di Leonardo).

“Simili risoluzioni – spiega il team di ricercatori – sono altrimenti ottenibili solo con la sofisticata litografia a fascio elettronico, che comporta però procedure molto più onerose in termini di tempo di fabbricazione permettendo la realizzazione soltanto di strutture 2D”.

Lo studio – coordinato da Roberto Caputo e al quale hanno partecipato Giuseppe Emanuele Lio, Antonio Ferraro, Tiziana Ritacco, Dante Maria Aceti, Antonio De Luca e Michele Giocondo – è apparso sulla prestigiosa rivista internazionale Advanced Materials (Leveraging on ENZ Metamaterials to achieve 2D and 3D Hyper Resolution in Two-Photon Direct Laser Writing).

La riproduzione dettagliata e in nanoscala della “Dama con l’Ermellino” ha rappresentato un difficile banco di prova per testare una tecnica che può avere ora numerose altre applicazioni. In particolare, grazie alla risoluzione migliorata è stato possibile realizzare lenti ultra-sottili, cosiddette meta-lenti, che si comportano al pari delle lenti di vetro standard ma sono spesse solo pochi nanometri e sono completamente piatte.

Queste lenti sono ottenute dalla stampa 3D di sottilissime creste di polimero, la cui disposizione geometrica è il frutto di un algoritmo di intelligenza artificiale (machine learning) che modifica in maniera ricorsiva la struttura della lente fino a soddisfare parametri specifici quali distanza focale o profondità di campo. Nel caso delle lenti realizzate con l’innovativa tecnica di fabbricazione, si è ricercata una distanza focale unica per tutti i colori dello spettro visibile, in modo da rendere le lenti prive di aberrazioni cromatiche e, quindi, acromatiche.

La ricerca rende ora molto vicina la realizzazione di dispositivi avanzati di uso comune quali fotocamere di nuova concezione con ingombro trascurabile o sistemi rivoluzionari di microscopia ottica. (Inform)

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