Il laboratorio di elettronica e
l'informatica: settori maschili o
maschilisti?
Raffaele Sinibaldi, biofisico
Galvani: le rane 1790
Volta: la pila 1800
Ohm: il resistore 1827
Maxwell: l’elettromagnetismo 1873
Tesla: il motore a corrente alternata 1888
Marconi: la radio 1895
Prodotti OEM:
Original Equipment Manufacturer
Fleming: Diodi valvole e amplificatori 1904,
NASCE L’ELETTRONICA
Stibitz: calcolatore 1939
Bell Labs: Transistor 1947
Olivetti: personal computer 1965
World Wide Web 1991
Un esempio: l’ampia varietà di motori elettrici
Tipologie di motori elettrici
Corrente alternata:
Corrente continua :
Motore asincrono
Motore sincrono
Motore monofase
Motore trifase
Motore lineare
Motore brushless
Motore passo-passo
Componenti di un motore elettrico
Dinamo
Trasformatore
Convertitore rotante
Alternatore / Raddrizzatore
Il motore elettrico è considerato
una tecnologia semplice
Provate ad immaginare un motore a reazione
e l’elettronica ad esso associata
Esempi meno noti
Gli Stati Uniti d’America e il Giappone sono all’avanguardia
per la realizzazione di indumenti polifunzionali.
• Il giaccone da snowboard incorpora un lettore mp3
• Un corpetto sanitario in grado di monitorare le funzioni
vitali di pazienti a rischio
• Giacca fotoluminoscente sviluppata con tesi di dottorato
Tessuti che emettono luce basati su LED
LED: LIGHT EMITTING DIODES
OLED: ORGANIC LED (risparmio energetico)
Sviluppi futuri sono legati all’utilizzo di
batterie tessili e tessuti fotovoltaici.
L’energia necessaria per far funzionare i
dispositivi sarà quella solare, poi
immagazzinata in questo tipo di tessuto.
Forse per le mode più eccentriche bisognerà
aspettare ancora qualche anno: esistono già tessuti
in grado di cambiare colore. La figura a lato mostra
sedici diversi schemi di colorazione ottenuti tramite
irraggiamento UV di un plaid.
Esistono tessuti che cambiano colore elettricamente,
ma al momento sono una tecnologia militare USA.
Fisica della Materia elettronica e Nanotecnologie
35 atomi di xenon
1 nm = 1 milionesimo di millimetro
1959: R. Feyman prevede la nascita della nanotecnologia
1974: Primo dispositivo elettronico molecolare brevettato (IBM)
1985: Scoperta dei fullereni
1986: Invenzione del microscopia ad effetto tunnel (IBM-Zurigo)
1988: La Dupont progetta la prima proteina artificiale
1989: D.M. Eigler (IBM) scrive il nome dell’azienda con 35 atomi di Xenon
1991: S. Iijima scopre i nanotubi di carbonio
1993: Nasce alla Rice University (USA) il primo laboratorio di Nanotecnologie
2001: IBM e Università di Delft (NL) creano il primo circuito logico a base di nanotubi
2002: L’UE stanzia 700 ML di EURO in 4 anni per la ricerca sulle nanotecnologie
Possibilità delle Nanotecnologie
L’inserimento di nanoparticelle in un materiale permette di
modificarne le sue proprietà intrinseche come:
• resistenza meccanica, resistenza elettrica, peso ed elasticità
• assorbimento ed emissione di radiazione elettromagnetica
• fibre di carbonio in colle, nanocatalizzatori, ecc.
Integrazione dei dispositivi nanometrici su circuiti elettronici
• migliori prestazioni, maggiore velocità e minori costi di produzione
• uso di effetti quantistici
• strutture con l’equivalente ottico dell’energy gap nei semiconduttori potrebbero portare
a computer più veloci e comunicazioni ottiche
Fili quantici
Punti quantici
Cristalli fotonici
AMD sfida Intel con la nuova CPU Phenom II AM3
(10 febbraio 2009)
AMD ha lanciato i nuovi processori Phenom II che utilizzano il socket AM3,
diventando pienamente compatibili con le memorie DDR3. I modelli in
vendita sono cinque, due con tre nuclei e tre con quattro nuclei, realizzati
con tecnologia a 45 nanometri e compatibili con le schede madri con socket
AM2+; il TDP è di 95 W, 30 W in meno dei chip presentati a gennaio.
Nota: il virus dell'HIV ha un raggio di circa 120 nm, un globulo rosso umano
circa 6000-8000 nm e un capello è spesso poco meno di 80000 nm.
Informatica ed elettronica sono oggi fuse insieme
•L’utilizzo del microchip permette all’utente di poter scegliere tra
tante opzioni come nelle moderne lavatrici o nell’IPhone
•Il microchip permette di avere un’interfaccia grafica
•Il microchip permette a dispositivi diversi di comunicare tra loro ad
esempio via USB, BlueTooth o WiFi
•Il programmatore è spesso chiamato a programamre dei microchip
che controllano apparecchiature elettroniche
•All’ingegnere elettronico viene richiesto di realizzare dei dispositivi
collegati ai microchip.
Per disegnare i processori e le
schede elettroniche si usano
sofisticati programmi di grafica
Interno CPU
Difficoltà nell’approccio all’elettronica
• Concetti fisico matematici
• Terminologia dei componenti elettronici e meccanici
• Ogni tipo di componente può avere a sua volta decine o
centinaia di specifiche diverse che lo rendono più o meno
adatto alle diverse applicazioni
• Utilizzo di software
• Capacità di programmare (C++, Java e altri linguaggi)
Per entrare in questo ambiente è utile avere una forte passione
ma non è sufficiente ……
…. la disponibilità di un maestro più anziano ed esperto può essere
fondamentale, ho avuto la fortuna di averne alcuni che mi hanno sia
dato delle istruzioni, sia permesso di fare da solo, mi hanno corretto
e bacchettato. Mia moglie anche con amore e bacchetta mi ha spinto
a ricercare qualità ed efficienza.
Difficoltà aggiuntive per le donne
• L’esperto di riferimento in questo ambiente è al 99% uomo
• L’esperto potrebbe fare battutine, essere contento della
presenza della presenza della donna
• La donna potrebbe anche approfittarne e far fare parte del suo
lavoro all’esperto più anziano, in questo modo però impara poco
•Il detto “Impara l’arte ….” è la regola d’oro sia per uno scienziato
che per un tecnico
• A volte le donne portano dei dolci fatti in casa in laboratorio
• Le donne si mettono l’una contro l’altra
• Spesso si mettono in tre quattro donne contro la migliore
Non so perché ma i maschi cercano di collaborare
con il migliore del gruppo, le donne spesso cercano
di isolare la migliore tra loro
Un paio di applicazioni delle nanotecnologie:
L’occhio bionico
1: Video camera sugli occhiali vede
l’immagine
2: Il segnale è mandato su di un dispositivo
portatile
3: L’informazione rielaborata è spedita indietro
sugli occhiali e trasmessa senza fili ad un
ricevitore dietro alla pupilla
4: Il ricevitore informazione all’elettrodo
impiantato nella retina
5: L’elettrodo stimola la retina che manda le
informazioni al cervello
Il costo dell’apparecchio esclusa l’operazione
è di circa 30000 $.
All’interno dell’occhio bionico c’è una fotocellula della NASA
estremamente sensibile
retina
artificiale
Il recettore artificiale è un film sottile di ceramica, cresciuto atomo per atomo ed
uno strato per volta con una tecnica detta epitassi molecolare.
E’ costituito da 100000 detector ciascuno delle dimensioni di 30 micron.
I coni della retina naturale hanno dimensioni di 5-10 micron.
Nanotubi di carbonio
Nanotubo di
carbonio
Molecola di Fullerene (C60)
I nanotubi di carbonio sono strutture basate sui fullereni. Il diametro di un nanotubo è
compreso tra un minimo di 0,7 nm e un massimo di 10nm. L’elevatissimo rapporto
tra lunghezza e diametro (nell’ordine di 10000) consente di considerarli come delle
nanostrutture virtualmente monodimensionali, e conferisce a queste molecole
un’elevatissima resistenza alla trazione. Sono utilizzati
semiconduttori per
costruire chip sempre più piccoli
Nano bio elettronica: Bio-nanorobot immaginato dal
team di Constantinos Mavroidis assomiglia ad una
cellula vivente.
Mavroidis propone una sorta di “tela del ragno” formata da nanotubi e
bio-nanosensori per mappare dettagliatamente l'ambiente di pianeti
alieni. Oppure, una “seconda pelle” per gli astronauti da indossare
sotto le spacesuits per monitorare l'atmosfera circostante e l'eventuale
pericolo di radiazioni.
