Un ricercatore di Tokio ha da poco realizzato un nuovo sistema per effettuare la scansione digitale dei libri in tempi rapidi. Un volume di 200 pagine può essere acquisito da un computer in meno di 60 secondi. La videocamera utilizzata per le scansioni lavora a 500 fotogrammi al secondo ed è in grado di leggere le pagine mentre vengono sfogliate.

Il sistema legge la pagina sia in maniera tradizionale, tramite un fascio di luce come i comuni scanner, sia attraverso una fonte laser utile per rilevare la posizione nelle tre dimensioni di ogni pagina, correggendo così le possibili deformazioni dovute alla curvatura dei fogli. Il dispositivo realizzato da Masatoshi Ishikawa (University of Tokyo, Giappone) è dunque simile alla soluzione adottata da Google per l’acquisizione dei volumi catalogati nel proprio servizio Books, ma secondo il ricercatore offre maggiori velocità di scansione e una qualità superiore delle riproduzioni digitali.

Lo scanner veloce di Ishikawa è al momento un prototipo e dovrà subire alcune modifiche per essere perfezionato. La strada seguita dall’intraprendente ricercatore giapponese sembra essere comunque molto promettente e potrebbe portare allo sviluppo di soluzioni tascabili, utili per acquisire digitalmente le pagine in mobilità. Una gioia per i topi di biblioteca del nuovo millennio.

Il team di ricerca ha analizzato le ragnatele create dai ragni della specie Uloborus walckenaerius, appartenente alla famiglia Uloboridae. Una serie di analisi realizzate al microscopio elettronico ha consentito di scoprire che la ragnatela modifica la propria struttura quando entra in contatto con l’acqua. L’umidità porta le piccole sezioni che costituiscono la trama della ragnatela ad annodarsi tra loro, creando una superficie nodosa discontinua. Le fibre che costituiscono la tela rimangono invece allineate tra un nodo e l’altro, dunque l’acqua vi scorre agevolmente sopra fino ad accumularsi in prossimità dei minuscoli nodi creati dall’umidità.

Scoperto il segreto delle ragnatele, i ricercatori del National Center for Nanoscience and Technology di Pechino (Cina) hanno riprodotto la medesima struttura utilizzando il polimetilmetacrilato, per gli amici plexiglas, che solitamente si combina bene con le molecole d’acqua. La creazione in laboratorio ha dimostrato una efficienza comparabile con quella delle ragnatele in natura.

La nuova soluzione creata dai ricercatori cinesi potrebbe essere ulteriormente sviluppata per realizzare dispositivi in grado di raccogliere l’acqua senza l’utilizzo di energia elettrica, o apparati particolarmente complessi ed elaborati difficili da utilizzare nelle aree rurali dei paesi disagiati. Gli attuali sistemi per la raccolta della nebbia a fini di approvvigionamento idrico utilizzano reti tradizionali poco efficienti rispetto alla nuova ragnatela sintetica realizzata in Cina. Il segreto rubato ai ragni potrebbe dunque rivelarsi più dissetante del previsto.

Credit: NASA/Sean Smith

Sulla parte inferiore del velivolo i tecnici hanno montato un cuscino espandibile costruito con una struttura molto simile a quella dei favi costruiti dalle api. Durante il violento impatto, i pattini dell’elicottero si sono ripiegati su loro stessi, ma il dispositivo a nido d’ape ha impedito al fondo di impattare direttamente contro il suolo, evitando guai seri ai manichini collocati nell’abitacolo per l’insolito crash test.

I primi risultati ottenuti sembrano essere molto incoraggianti, ma naturalmente occorrerà ancora del tempo prima di vedere dispositivi simili sul fondo degli elicotteri. Negli Stati Uniti circa 200 persone ogni anno rimangono ferite a causa degli incidenti dovuti agli elicotteri. A differenza di buona parte degli aeroplani, questi velivoli volano relativamente vicino al suolo e sono spesso impegnati in operazioni di emergenza molto rischiose. Condizioni che influenzano sensibilmente le statistiche stilate ogni anno sulla sicurezza di questi mezzi.

Il test portato a termine dalla NASA è stato condotto su un MD-500 (video), al quale sono stati collegati circa 160 sensori per rilevare quanti più dati possibile sulla natura dell’impatto e sull’efficacia del cuscino a nido d’ape. Il torso di uno dei quattro manichini era equipaggiato con una serie di dispositivi per simulare la presenza degli organi interni e potrà dunque fornire informazioni preziose per valutare le conseguenze del crash test sui potenziali occupanti a bordo.

Il sistema per assorbire l’urto è stato sviluppato da Sotiris Kellas ed è realizzato in Kevlar, una fibra sintetica molto resistente (anche al calore) e solitamente utilizzata per la creazione dei giubbotti antiproiettile e per gli equipaggiamenti sportivi. Il dispositivo era stato inizialmente concepito per attutire l’impatto al suolo delle capsule spaziali, ma successivamente i ricercatori si sono resi conto delle possibilità per aumentare la sicurezza dell’aviazione “tradizionale”.

Il crash test è andato a buon fine ed ha riprodotto con un buon grado di approssimazione le tipiche condizioni di uno schianto di un elicottero. Il mezzo è stato portato a un’altezza di circa 11 metri con l’ausilio di alcuni cavi, successivamente rimossi con alcune cariche per non falsare i risultati dell’esperimento. L’impatto è avvenuto con una angolazione pari a 33 gradi e a una velocità intorno ai 53 km/h.

L’elicottero sarà ora rimesso in sesto e, nel corso del prossimo anno, si schianterà nuovamente al suolo, ma senza alcun dispositivo di sicurezza in Kevlar. I ricercatori potranno così avere un valido metro di paragone per valutare le potenzialità del loro cuscino.

Battezzato RANGE, Robust Aerial Navigation in GPS-denied Environments, il dispositivo ricorda un piccolo elicottero giocattolo ed è in grado di muoversi agilmente all’interno di numerosi scenari. Il robot vola attraverso l’impiego di quattro rotori indipendenti gestiti da una centralina che ne gestisce l’assetto grazie a una serie di sofisticati algoritmi. Il dispositivo può impattare contro una parete o essere colpito da una forza esterna senza perdere il proprio assetto e dunque rischiare di sfracellarsi al suolo.

Il robot è dotato di una telecamera ed è in grado di “vedere” ciò che lo circonda in qualsiasi situazione. Sulla sommità del dispositivo è stato collocato un laser che scansiona l’ambiente e realizza una mappa tridimensionale delle pareti e degli oggetti contro i quali potrebbe impattare. Tali informazioni sono poi inviate all’operatore, che in remoto può gestire al meglio il dispositivo evitando gli ostacoli durante l’esplorazione.

RANGE è stato realizzato da un gruppo di ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) e i primi prototipi sembrano essere estremamente promettenti. Questo particolare robottino volante potrebbe far presto parlare di sé.

L’hovercraft è un mezzo anfibio che si muove su un cuscino d’aria compressa, una condizione che consente di procedere con relativa facilità sia sulla terra sia sull’acqua, superando paludi, asperità del terreno e persino cespugli. L’aria per sollevare il mezzo al di sopra del suolo è generata da alcuni potenti compressori, che direzionano il loro getto d’aria verso il basso. Una paratia flessibile, il grembiule, collocata attorno al bordo inferiore del veicolo favorisce la formazione del cuscino d’aria ed evita una eccessiva dispersione laterale dei flussi generati dai compressori.

Dopo aver gonfiato il grembiule, l’aria compressa in eccesso esce attraverso una serie di ugelli disposti lungo il perimetro interno della paratia e forma un cuscino d’aria che grazie alla moderata pressione riesce a sollevare il veicolo liberandolo dal contatto con il suolo o l’acqua. L’altezza raggiunta è solitamente legata al tipo di hovercraft e può andare dalle poche decine di centimetri a qualche metro nei modelli più grandi e potenti.

Il grembiule è a sua volta contornato da una serie di appendici flessibili, solitamente chiamate dita, alle quali è affidato il compito di limitare il più possibile la dispersione laterale dell’aria anche sulle superfici irregolari. Ciò preserva il cuscino d’aria e consente al mezzo di essere maggiormente stabile.

I compressori hanno la sola funzione di sollevare da terra l’hovercraft, mentre per il movimento vengono in genere utilizzate delle comuni eliche, simili a quelle installate sugli aeroplani. Le eliche accelerano la corrente d’aria all’indietro spingendo così in avanti il mezzo e il loro passo è variabile, condizione che consente di modificare l’inclinazione e l’incidenza delle pale per regolare l’andatura e in parte l’assetto. Il timone è collocato nella scia dell’elica, ovvero alle sue spalle, e viene governato attraverso manovre simili a quelle adottate in aviazione.

Clicca qui per vedere il video incorporato.

Tra gli hovercraft maggiormente conosciuti, spicca il modello SRN-4 Mark III adottato fino al 2005 per i trasporti di mezzi e persone sulla Manica. Il mezzo era in grado di trasportare oltre 250 passeggeri e circa 60 autoveicoli ed era dotato di quattro compressori da 3,5 metri di diametro e di 4 eliche da 6,4 metri montate su altrettanti piloni collocati sulla sommità dello scafo. L’hovercraft viaggiava a cira 110 Km/h e impiegava 35 minuti per un viaggio sulla Manica da Dover (Gran Bretagna) a Boulogne (Francia).

Come dimostra il filmato, dopo innumerevoli test e prove sul campo, Prahlad è infine riuscito a ottenere il tanto agognato obiettivo.

Il dispositivo sfrutta l’energia elettrostatica per far aderire i propri cingoli alle superfici verticali e scalarle senza particolari problemi. Sul robot è presente un piccolo alimentatore che conferisce la carica elettrica ai cingoli in materiale plastico e ne consente il movimento. I piccoli cingoli inducono una variazione temporanea nella distribuzione di carica del muro e ciò fa sì che si producano cariche opposte (+ e -) che si attraggono tra logo garantendo la tenuta in verticale del dispositivo. Banalizzando molto, muro e cingoli si comportano come i poli di una calamita.

Secondo il suo inventore, il robot in grado di scalare le superfici verticali potrebbe essere utilizzato in un’ampia serie di applicazioni che spaziano dai semplici giocattoli per bambini a dispositivi maggiormente sofisticati per ispezionare in remoto gli edifici lesionati o un’area di guerra. Il sistema, sostiene Prahlad, potrebbe essere anche utilizzato per realizzare schermi e cornici elettroniche… itineranti sui muri di casa.

Rendere potabile l’acqua in numerose aree dell’Africa, per esempio, è impresa sempre più improba: i costi aumentano e le infrastrutture approntate sono spesso distanti decine di chilometri dai villaggi più remoti. Sono così milioni gli africani che ogni anno muoiono per sete e per aver bevuto acque contaminate.

Partendo da questi presupposti e dalle desolanti statistiche dell’ONU sulle vittime della sete, Michael Pritchard ha elaborato un nuovo sistema di filtraggio portatile per le acque. Il dispositivo è grande quanto una comune bottiglia di plastica per l’acqua e sfrutta solamente le nanotecnologie per funzionare, dunque nessun reagente chimico difficile da reperire o particolarmente costoso.

La bottiglia, battezzata con l’eloquente nome Lifesaver, è dotata di una membrana sulla quale sono state ricavate diverse migliaia di minuscoli forellini simili ai pori della pelle. Queste fori hanno un diametro di circa 15 nanometri (15 milionesimi di millimetro) e sono dunque  in grado di precludere la strada ai virus e ai batteri, ma non alle molecole d’acqua.

È sufficiente immergere la bottiglia in una pozza d’acqua sporca e contaminata e attivare, successivamente, una semplice pompa che produce la pressione necessaria per far passare le molecole d’acqua nel fitto reticolo di pori della membrana. L’acqua viene così depurata istantaneamente senza l’utilizzo di sostanze chimiche, che generalmente richiedono anche molto tempo per compiere il loro dovere.

Ogni singolo Lifesaver è in grado di depurare la bellezza di 6.000 litri d’acqua non potabile. Un dispositivo di sicurezza blocca tutti i pori della membrana quando il filtro è ormai saturo, evitando così che la bottiglia possa essere ancora utilizzata. È poi sufficiente sostituire la membrana centrale per utilizzare per altre 6.000 volte il dispositivo.

Utilizzati principalmente per i lavori di falegnameria, i liquidi collosi venivano fatti colare nei pori e nelle venature del legno dove, essiccandosi gradualmente, legavano tra loro i vari pezzi assemblati dall’ebanista.

A differenza di allora, le colle che utilizziamo oggi sono per la maggior parte di natura sintetica. Dotate di una presa molto forte, le colle di nuova generazione si asciugano rapidamente garantendo un’altissima efficienza e una formidabile tenuta.

La supercolla contiene uno stabilizzande acido (violetto) che impedisce alle molecole di legarsi e mantiene liquida la colla

Le supercolle in grado di asciugarsi e agire in pochi secondi sono i collanti più utilizzati, sopratutto in ambito domestico per piccole e rapide riparazioni. Costituite da una resina acrilica ottenuta da sostanze chimiche derivate dal petrolio, le molecole delle supercolle si “attivano” grazie all’umidità formando macromolecole lunghe e complesse. Questo processo chimico, chiamato polimerizzazione, si verifica solamente all’esterno della confezione in cui è conservata la colla.

Lo stabilizzante è neutralizzato quando viene in contatto con l'umidità (azzurro) sulla superficie da incollare

Quando la colla viene applicata a una superficie, le microscopiche molecole d’acqua presenti nell’aria neutralizzano un particolare stabilizzante acido che impedisce al liquido di polimerizzarsi. È la presenza di ioni d’acqua presenti nell’atmosfera (cioè gruppi di atomi dotati di carica elettrica) a innescare il processo di polimerizzazione rendendo il composto chimico un potentissimo collante.

Neutralizzato lo stabilizzante, le molecole adesive si uniscono assieme in lunghe catene che assicurano un'ottima presa

Essendo l’umidità la chiave per attivare il processo, non è inusuale che le supercolle si attacchino molto rapidamente alla pelle, naturalmente ricca di microscopiche particelle d’acqua. Mentre nei casi più gravi è necessario rivolgersi a una struttura ospedaliera, generalmente per scollare la pelle da una supercolla è sufficiente immergere la parte interessata in acqua tiepida e attendere qualche minuto.

Del resto per i “cerotti liquidi” e le suture ospedaliere si utilizzano polimeri molto simili a quelli delle supercolle…

Nella sua accezione moderna, l’ascensore fu ideato nel 1854 dall’ingegnere americano Elisha Graves Otis, che presentò proprio in quell’anno alla Crystal Palace Exposition di New York il primo prototipo di montacarichi dotato di sistema di sicurezza. Gli impianti in commercio nella prima metà del diciannovesimo secolo erano molto rischiosi e causavano ogni anno, nei soli Stati Uniti, decine e decine di morti sul lavoro.

Per dimostrare la bontà della sua invenzione, Elisha Graves Otis fece riempire il montacarichi di pesi, dopodiché vi salì sopra e ordinò di sollevare l’intera struttura a circa dieci metri da terra. Giunto all’altezza indicata, con un gesto plateale Otis ordinò di tagliare il cavo che aveva issato il montacarichi. Tra lo stupore generale, venne spezzata la robusta fune di sostegno, condannando a morte certa Otis se il suo sistema non avesse funzionato. Fortunatamente il dispositivo messo a punto dall’intraprendente ingegnere fece il proprio dovere, arrestando la corsa del montacarichi dopo meno di un metro.

Il segreto di questo plateale, ma ingegnoso, successo risiedeva in una molla ad arco fissata alla parte superiore della piattaforma. Durante la fase di risalita la grande molla si era incurvata, lasciando il montacarichi libero di muoversi sulle guide verticali. In assenza della trazione del cavo, reciso dopo l’ordine di Otis, la molla era ritornata nella posizione originaria andandosi a incastrare perfettamente nelle tacche presenti sulle guide del montacarichi. La dimostrazione fu un successo: il primo ascensore dotato del nuovo sistema di sicurezza progettato da Otis fu installato a New York nel 1857 in un edificio a cinque piani nel quartiere di Broadway.

Il brevetto dell’ingegnoso sistema di sicurezza ideato da Otis (credit: Wikimedia)

L’invenzione di un dispositivo di sicurezza semplice ed economico, ma estremamente affidabile ed efficiente, costituì un vero punto di svolta per l’architettura urbana di molte città americane, che videro così nascere i primi grattacieli. Mentre prima gli edifici erano generalmente di sei piani, per non obbligare gli abitanti a vere e proprie scalate, ora l’ascensore consentiva agli architetti di progettare nuove abitazioni sempre più ardite e naturalmente alte. L’introduzione verso la fine dell’Ottocento dello scheletro di ferro, fornì poi un ulteriore incentivo per la costruzione di edifici sempre più alti.

Nonostante siano passati più di 150 anni dall’invenzione di Otis, il funzionamento dei moderni ascensori non differisce poi molto da quello dei lori antenati. La cabina viaggia generalmente tra due guide collocate sulle pareti del tunnel verticale ed è sollevata da robusti cavi in acciaio collegati a un argano. Se il cavo si spezza, alcuni elementi collocati sui lati della cabina si incastrano negli appigli presenti sulle guide, del tutto simili a quelli progettati nel 1854 da Elisha Graves Otis.

Non sempre un ascensore precipita a causa della rottura del cavo che lo sostiene. Un cortocircuito all’argano che solleva la cabina può essere, infatti, altrettanto pericoloso. Un altro componente chiave del sistema di sicurezza di un ascensore moderno è il limitatore di velocità. Collocato nella parte inferiore della cabina, questo dispositivo sfrutta la forza centrifuga per rallentare la corsa dell’ascensore in caso di malfunzionamento. Quando l’ascensore supera una certa velocità, un peso collocato nel pavimento della cabina si sposta verso l’esterno raggiungendo un interruttore che interrompe immediatamente l’erogazione di corrente elettrica all’argano a motore, che spegnendosi frena la corsa della cabina senza dover ricorrere al dispositivo di sicurezza Otis. Talvolta però, specie nei grattacieli molto alti, la forza di inerzia dell’ascensore in caduta è superiore alla resistenza opposta dal motore disattivato. In questo caso, alla semplice resistenza dell’argano si somma il tradizionale dispositivo di sicurezza, che frena la cabina prima che si schianti al suolo.

Non c’è dunque da avere alcuna paura prendendo un ascensore, tuttavia fare le scale a piedi rimane una forma di ginnastica molto sana ed economica…

Grazie al gas inerte, il tungsteno evapora molto lentamente, ma in maniera disomogenea e comunque costante. Così, in alcuni punti il filamento diventa più sottile, offrendo maggiore resistenza al flusso dell’elettricità, che comporta un maggior surriscaldamento della porzione di tungsteno compresa nella “strozzatura”. Gli atomi del metallo accelerano il loro processo di evaporazione e, mediamente dopo 1000 ore di utilizzo della lampadina, il filamento si spezza creando una piccola esplosione.

Schema dei principali elementi di un tubo a fluorescenza (credit: eere.energy.gov)

Le lampadine a incandescenza producono la luce disperdendo enormi quantità di energia sotto forma di calore, solo il 30% dell’elettricità utilizzata si trasforma in luce. Da questo punto di vista, le lampade fluorescenti hanno un rendimento migliore e una maggior durata.

Come nelle lampadine a incandescenza, anche nei tubi fluorescenti troviamo un piccolo filamento, che viene però utilizzato per una funzione molto diversa. Un tubo fluorescente è rivestito al proprio interno da uno strato di fosfori, particolari sostanze chimiche che assorbono la luce ultravioletta invisibile all’occhio umano per poi restituirla con un fascio di luce nello spettro del visibile. A differenza delle lampade a incandescenza, per avvenire questo processo non richiede grandi quantità di calore. E’ infatti sufficiente che i due elettrodi si scaldino a sufficienza per emettere elettroni e non luce. Gli elettroni trasmettono la corrente tra le due estremità del tubo, attraversando un particolare gas generalmente al mercurio.

Semplificando un poco: durante la loro traversata, gli elettroni si scontrano con gli atomi di mercurio causando uno spostamento di livello degli elettroni del gas (gli elettroni orbitano con differenti distanze dal nucleo dell’atomo a seconda dell’intensità della loro carica). Quando gli elettroni del mercurio recuperano la loro posizione iniziale si “scaricano” emettendo una luce ultravioletta, che attiva i fosfori con cui è rivestito l’interno del tubo producendo luce visibile. Questo processo avviene miliardi di volte in pochi secondi, assicurando una luce stabile e costante.

Gli elettrodi dei tubi fluorescenti, la fonte degli elettroni, funzionano a temperature assai più basse rispetto a quelle delle lampade a incandescenza, tanto da durare fino a otto volte di più. Col tempo gli elettrodi si degradano e perdono progressivamente la capacità di sviluppare un arco elettrico da una estremità all’altra del tubo fluorescente.

A differenza di quanto si sente spesso affermare, i tubi a fluorescenza e le lampade a basso consumo (che funzionano grazie a un procedimento simile) sono meno dannose per gli occhi rispetto alle comuni lampadine a incandescenza. Queste, infatti, producono un impercettibile sfarfallio che può – dopo molte ore – stancare la vista. Se ben mantenuti, i tubi a fluorescenza offrono una luce molto più stabile e riposante per i nostri occhi.