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Ufficialmente, Lydéric Bocquet è un esperto di nanofluidica presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica e l’École Normale Supérieure di Parigi. Se glielo chiedete tuttavia, si definirà con una qualifica più semplice.
«In definitiva, sono un idraulico che lavora su scala infinitamente ridotta», afferma, precisando: «osservo attentamente i fluidi mentre scorrono nei più piccoli canali che si possano immaginare.»
La nanofluidica è il punto d’incontro tra il continuum della meccanica dei fluidi e la natura atomica discreta della materia. «In ambito di nanofluidica studiamo il comportamento, la manipolazione e il controllo di fluidi confinati in strutture minuscole, con dimensioni generalmente comprese tra gli 1 e i 100 nanometri», spiega Bocquet.
Si tratta di una dimensione centinaia di volte inferiore rispetto alla larghezza di un capello umano. Quando sono confinati in strutture così piccole, i fluidi tendono ad agire in modo diverso e possono persino presentare nuove proprietà, il che attira l’interesse di numerosi ricercatori, tra cui Bocquet.
La nanofluidica, inoltre, si trova facilmente in natura, anche all’interno del nostro stesso corpo. Come illustra Bocquet: «Dal sistema di filtrazione dei reni ai neuroni e alle sinapsi del cervello, è possibile rintracciare esempi di nanofluidica ovunque nel nostro cervello.»
Secondo Bocquet, la comprensione della nanofluidica costituisce la chiave per replicarla ai fini del suo impiego in applicazioni artificiali, ed è proprio questo l’obiettivo del progetto SHADOKS, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca. Diretto da Bocquet, il progetto è alla guida di uno sforzo volto non solo a migliorare la nostra comprensione della nanofluidica, ma anche a utilizzare le nuove conoscenze acquisite per costruire macchine ioniche.
Due banane al giorno di efficienza
In sostanza, le macchine ioniche sono dispositivi artificiali che funzionano in modo analogo al cervello umano. Un tempo confinato alla fantascienza, questo concetto sta iniziando a diventare realtà.
Come spiega Bocquet, il calcolo nanofluidico mira a imitare l’incredibile efficienza energetica del cervello in relazione all’elaborazione delle informazioni. Grazie ai suoi miliardi di neuroni collegati da trilioni di sinapsi, il cervello ottimizza il flusso di informazioni evitando il costoso e costante trasferimento di dati tra il processore e la memoria, un segno distintivo dell’architettura tradizionale dei computer.
«Il cervello è un supercomputer per la cui alimentazione possono essere sufficienti due sole banane al giorno, il che lo rende molto più efficiente di qualsiasi computer», aggiunge Bocquet.
Il progetto SHADOKS si è proposto di sviluppare componenti informatici fondamentali basati sui principi della nanofluidica. Avvalendosi di ioni che scorrono nei fluidi e trasportano e immagazzinano le informazioni, i ricercatori hanno creato una macchina ionica in grado di imitare l’efficiente flusso di informazioni del cervello.
«Il calcolo nanofluidico, che rappresenta il primo elemento costitutivo dell’edificio, promette di garantire un consumo energetico inferiore, plasticità a livello di hardware e molteplici vettori di informazione», osserva Bocquet.
Una gamma di curiosità nanofluidiche
Mentre erano impegnati a lavorare sulla macchina ionica, Bocquet e il suo team hanno compiuto anche molte altre importanti scoperte, definite dal ricercatore «una gamma di curiosità nanofluidiche».
Una di queste riguarda il modo in cui l’acqua scorre all’interno dei nanocanali a base di carbonio, come i nanotubi in carbonio utilizzati nelle attrezzature sportive, negli indumenti antibalistici e nei veicoli. «Da tempo si ritiene che l’acqua confinata in un nanotubo di carbonio scorra con una velocità fino a 10 000 superiore rispetto a quella in cui fluisce in uno spazio non confinato», aggiunge Bocquet.
In esperimenti precedenti, Bocquet aveva dimostrato che l’attrito dell’acqua contro una parete di nanotubi registra un comportamento anomalo. Durante il progetto SHADOKS, tuttavia, l’esperto e la sua équipe sono stati finalmente in grado di spiegarne il motivo. «Abbiamo scoperto che la ragione di ciò risiede in un effetto di attrito quantistico non convenzionale, una proprietà unica dei nanotubi in carbonio», spiega Bocquet.
Secondo Bocquet, questo legame tra idrodinamica e fisica quantistica apre le porte a svariate possibili applicazioni, tra cui l’accoppiamento del trasporto dell’acqua con il trasporto elettronico.
Aprire gli argini dell’acqua dolce
Un altro elemento della gamma di Bocquet è l’impiego della nanofluidica nella desalinizzazione e nella filtrazione dell’acqua. «Dato che la soluzione da noi proposta si avvale di campi elettrici anziché della pressione, può essere facilmente scalabile e dispone pertanto del potenziale per aumentare in modo significativo l’accesso all’acqua dolce nel mondo», osserva.
Il progetto ha depositato diversi brevetti per il nuovo sistema di filtrazione/desalinizzazione basato sulla nanofluidica; Bocquet, inoltre, intende lanciare una start-up per spingere il concetto verso la commercializzazione.
Secondo il ricercatore, questo sviluppo, insieme al lavoro sulle macchine ioniche e ad altre aree di ricerca, dimostra che il progetto SHADOKS ha stabilito un nuovo paradigma nel regno della nanofluidica. «Sono convinto che le innovative conoscenze scientifiche originate da questo progetto porteranno a innovazioni rivoluzionarie nel prossimo futuro», conclude.