Le macchine che possono vedere attraverso gli oggetti e all'interno del corpo umano in tempo reale sono in circolazione da decenni. Ma a causa della loro mole e dei loro costi, si trovano principalmente negli aeroporti, dove vengono utilizzati per lo screening o in edifici medici, dove le strutture di risonanza magnetica - comprese le stanze multiple - possono costare fino a $ 3 milioni.
Ma uno sforzo collaborativo tra scienziati dei Sandia National Laboratories, della Rice University e del Tokyo Institute of Technology mira a rendere questo tipo di imaging molto più portatile e conveniente, un cambiamento che potrebbe avere importanti implicazioni per l'imaging medico, lo screening dei passeggeri e persino l'ispezione degli alimenti .
La tecnica, dettagliata nella rivista Nano Letters, utilizza la radiazione terahertz (nota anche come onde submillimetriche, a causa delle dimensioni delle loro lunghezze d'onda), che rientra tra le lunghezze d'onda più piccole tipicamente utilizzate per l'elettronica e le onde più grandi utilizzate per l'ottica. Le onde sono emesse da un trasmettitore, ma diversamente dalle macchine più grandi, vengono intercettate da un rivelatore costituito da un sottile film di nanotubi di carbonio densamente imballati, rendendo il processo di imaging meno complesso e voluminoso.
Una tecnologia un po 'simile è già utilizzata nei grandi dispositivi di screening aeroportuale. Ma secondo François Léonard di Sandia Lab, uno degli autori dell'articolo, la nuova tecnica utilizza lunghezze d'onda ancora più ridotte: tra 300 gigahertz e 3 terahertz, invece della frequenza standard da 30 a 300 gigahertz di onde millimetriche.
La dimensione ridotta della lunghezza d'onda potrebbe essere utile per motivi di sicurezza, afferma Léonard: Alcuni esplosivi che non sono così visibili nel raggio di millimetri possono essere visti con la tecnologia terahertz. Quindi non solo questi rivelatori potrebbero consentire schermature più rapide, grazie alle loro dimensioni più ridotte, ma potrebbero anche essere più adatti al compito di arrestare i potenziali terroristi.
È stata una sfida per coloro che operano nel settore trovare materiali in grado non solo di assorbire l'energia a frequenze così basse in modo efficiente, ma anche di convertirli in un utile segnale elettronico, motivo per cui è la tecnologia di rilevamento la vera innovazione. Poiché i nanotubi di carbonio (lunghe e sottili melodie cilindriche di molecole di carbonio) eccellono nell'assorbire la luce elettromagnetica, i ricercatori sono stati a lungo interessati al loro uso come rivelatori. Ma in passato, poiché le onde terahertz sono grandi rispetto alle dimensioni dei nanotubi, hanno richiesto l'uso di un'antenna, che aumenta le dimensioni, i costi e i requisiti di alimentazione di un dispositivo.
"I rivelatori di nanotubi [precedenti] utilizzavano solo uno o pochi nanotubi", afferma Léonard. "Poiché i nanotubi sono così piccoli, la radiazione terahertz ha dovuto essere incanalata nel nanotubo per migliorare la rilevabilità".
Ora, tuttavia, i ricercatori hanno trovato il modo di combinare insieme diversi nanotubi in un film sottile densamente compresso, combinando sia nanotubi metallici, che assorbono le onde, sia nanotubi semiconduttori, che aiutano a trasformare le onde in un segnale utilizzabile. Léonard afferma che raggiungere questa densità utilizzando altri tipi di rivelatori sarebbe estremamente difficile.
Secondo i ricercatori, questa tecnica non richiede potenza extra per funzionare. Può anche funzionare a temperatura ambiente, una grande vittoria per alcune applicazioni come le macchine per risonanza magnetica, che devono essere bagnate con elio liquido (raggiungendo temperature intorno ai 450 gradi sotto zero Fahrenheit) per ottenere immagini di alta qualità.
Questo video offre uno sguardo dietro le quinte di come appare la procedura:
Il fisico Junichiro Kono della Rice University, uno degli altri autori dell'articolo, pensa che la tecnologia possa essere utilizzata anche per migliorare controlli di sicurezza di passeggeri e merci. Ma crede anche che la tecnologia terahertz potrebbe un giorno sostituire le macchine ingombranti e costose per la risonanza magnetica con un dispositivo molto più piccolo.
"I potenziali miglioramenti in termini di dimensioni, facilità, costi e mobilità di un rivelatore basato su terahertz sono fenomenali", ha dichiarato Kono in una storia della Rice University sulla ricerca. “Con questa tecnologia, è possibile progettare una telecamera di rilevazione terahertz portatile che immagini i tumori in tempo reale con la massima precisione. E potrebbe essere fatto senza la natura intimidatoria della tecnologia MRI. "
Léonard afferma che è troppo presto per dire quando i loro rilevatori si sposteranno dal laboratorio ai dispositivi reali, ma dice che potrebbero essere utilizzati per la prima volta in dispositivi portatili per ispezionare alimenti o altri materiali senza danneggiarli o disturbarli. Per il momento, la tecnica è ancora agli inizi, limitata al laboratorio. Probabilmente dovremo aspettare fino alla produzione dei prototipi prima di sapere esattamente dove funzioneranno meglio questi rivelatori terahertz.
