La scienza della radio: risposte per tutti da Maxwell a Marconi e oltre

Ho il piacere di poter annoverare tra i miei più autorevoli (e assidui) lettori il nome di Gianfranco Verbana, radioamatore ma soprattutto inventore ed esperto di telecomunicazioni, autentico rappresentante della gloriosa tradizione ingegneristica italiana del dopoguerra (Gianfranco ha avuto la fortuna di poter approfondire una già estesa dottrina lavorando a stretto contatto con molti di coloro che hanno fatto la fortuna di aziende come Telettra e molte altre e condivide generosamente con noi i frutti intellettuali di quella frequentazione). Ora Gianfranco stesso mi segnala il restyling del sito Web del circolo radioamatoriale ARI di Lissone, il quale ospita nella sezione "Documenti" diverse presentazioni firmate Verbana.

Con l'avvicinarsi del periodo delle feste di fine-anno, non c'è occasione migliore per ripercorrere, insieme a Gianfranco, il complesso percorso dell'invenzione marconiana e molte altre problematiche tecniche e storiche affrontate dal nostro studioso, sempre molto abile nello spiegare le cose in modo chiaro ma senza pericolose semplificazioni e nel rispetto assoluto dei formalismi di formule e teorie. Possiamo partire da questa minibiobliografia dei suoi interventi e articoli apparsi o segnalati qui su Radiopassioni:

Serata 11 dicembre 2009, dedicata a una approfondita disamina dele attività di Marconi fino al 1901 annunciata in:

http://radiolawendel.blogspot.it/2009/12/marconi-tra-tv-libri-convegni-e.html

la presentazione della serata si può scaricare adesso all'indirizzo: 

http://www.arilissone.org/uploads/contenuti/vgo/marconi1901.pdf 

Interventi e articoli su Marconi (alcuni link sono stati riparati, in particolare quelli alle due parti del fondamentale articolo sulla "scoperta" delle potenzialità delle onde corte nella daylight):

http://radiolawendel.blogspot.it/2010/01/chiude-la-radio-di-marconi-la-piu.html

http://radiolawendel.blogspot.it/2010/04/roma-si-parla-seriamente-di-guglielmo.html

http://radiolawendel.blogspot.it/2007/12/marconi-e-la-daylight.html

Sull'apparecchio "Ondina"

http://radiolawendel. blogspot.it/2008/05/80-anni-della-tenda-rossa-e-dellondina.html

Il raggio della Morte e le bugie fasciste.

http://radiolawendel.blogspot.it/2010/07/il-raggio-della-morte-della-scienza.html

A proposito di logica cablata:

http://radiolawendel.blogspot.it/2008/10/logica-cablata-non-programmata.html

La "querelle" sui fratelli Judica Cordiglia: 

http://radiolawendel.blogspot.it/2011/10/sputnik-il-radiomonitoraggio.html

Lincredibile storia del ponte radio Telettra con il record di "gittata":

http://radiolawendel.blogspot.it/2012/03/gli-innovatori-di-telettra-e-il-ponte.html

Che cosa ha veramente detto Shannon:

http://radiolawendel.blogspot.it/2012/02/lentus-e-inesorabile-la-trasmissione.html

Alle pubblicazioni raccolte dai siti dell'ARI di Milano e Lissone, mi sembra doveroso aggiungere la presentazione che Gianfranco tenne nel 2010 all'Istituto Floriani di Vimercate raccontando la storia dell'elettricità.

Ricordo anche che molti delle osservazioni verbaniane che in questi anni anni ho riportato sul mio blog sono state originariamente pubblicate sul sito di alta divulgazione scientifica Via Lattea, fondato e coordinato da Nicola Scarpel e Paolo Sirtori, iniziativa no profit alla quale Verbana partecipa rispondendo alle domande della sezione Chiedi all'esperto. L'ultima risposta in ordine cronologico è recentissima e riguarda la velocità della radiazione elettromagnetica nel vuoto ricavata dalle equazioni di Maxwell, ma nelle sue numerose risposte dal 2000 a oggi (il sito Via Lattea è stato fondato nel 1997) Verbana si è occupato anche della velocità del paracadutista stratosferico Baumgartner e della questione dei campi elettromagnetici "vicini" non-radiativi. 

Ancora un ringraziamento all'amico Gianfranco e tanti auguri per un Natale superscientifico, in barba alle assurde superstizioni dei Maya e degli oroscopi per l'anno nuovo.

Radiotelegrafia ultralenta. Con i neutrini.

Che cosa fareste se vi trovaste in panne con il vostro rover sulla faccia sbagliata di marte, quella rivolta verso lo spazio aperto e non verso la terra? Bè una delle possibilità è tirar fuori una radio a neutrini e sparare un fascio di particelle codificate in qualche modo. E' praticamente certo che la comunicazione arriverebbe al centro di controllo di Houston. I neutrini sono imperturbabili, passano attraverso qualsiasi cosa. Ma proprio per questo è dannatamente difficile intercettarli.

E' quello che hanno provato a fare - racconta Scientifican American - gli scienziati del Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, stato di Illinois. Gli ardimentosi fisici hanno preso (faticosamente) dei neutrini, ci hanno impresso sopra la parola "neutrino" (poca fantasia, eh?), li hanno sparati a una distanza di circa un kilometro, tra cui non meno di 240 metri di spessore di sedimento argilloso. Il sistema ricevente, costituito da un pratico rivelatore MINERvA pesante solo 170 tonnellate, è riuscito a decodificare il messaggio. Ma ci ha messo parecchio tempo. Alla fine è risultato che la larghezza di banda del canale neutrinico è pari a 0,1 bit al secondo. Dieci secondi per un solo bit, roba da mettere alla prova la pazienza di Shannon.

«Beams of neutrinos have been proposed as a vehicle for communications under unusual circumstances, such as direct point-to-point global communication, communication with submarines, secure communications and interstellar communication,» scrivono gli scienziati del Fermi nel loro articolo pubblicato su arXiv.org, la fonte di "pre-pubblicazioni" scientfiche. C'è però ancora parecchia strada da fare per far comunicare tra loro i sottomarini e le astronavi. «The link achieved a decoded data rate of 0.1 bits/sec with a bit error rate of 1% over a distance of 1.035 km, including 240 m of earth.» Anche dal punto di vista della generazione del fascio di neutrini gli scienziati hanno avuto i loro problemi. Per ottenerli hanno dovuto sparare dei protoni in un bersaglio di carbonio, producendo pioni e kaoni, due simpatici rappresentanti dello zoo delle particelle alimentari (il primo dei due è stato co-scoperto dal nostro Giuseppe Occhialini) che decadono rapidamente in un neutrino. Rapidamente si fa per dire: nella descrizione del loro esperimento che i rilevatori utilizzati sono stati dimensionati per misurare 16 milioni di eventi neutrinici in quattro ore di trasmissione. Gli eventi in questione sono rappresentati da interazioni complesse, che nello stadio finale contengono muoni, una particella che appartiene, come gli elettroni, alla classe dei leptoni. In qualche modo gli elettroni c'entrano. In conclusione, dicono alla fine gli scienziati, l'esperimento dimostra che la comunicazione digitale basata su neutrini funziona a una larghezza di banda di circa 0,1 Hz e con un margine di errore dell'1%. Ma nella pratica bisogna intervenire molto sui sistemi di generazione e soprattutto sui rivelatori.

Forse dovremmo inseguire altre alternative. Che ne dite dei fotoni del settore-nascosto? O magari i fotoni gamma catturati oggi dal telescopio orbitale Fermi, lanciato dai radioastronomi per individuare, ai confini dell'universo elettromagnetico visibile, oggetti ancora inspiegabili.

WhaleFM, la scienza condivisa ascolta la "radio" delle balene

WhaleFM, come dire Radio Balena, è un curioso progetto di ricerca partecipativa lanciato dalla rivisa Scientific American in collaborazione con Citizen Science Allience e dai ricercatori biomarini del Woods Hole Oceanographic Institution nel Massachusetts e della Sea Mammal Research Unit (SMRU) presso la University of St Andrews in Scozia, attraverso il portale CSA "Zooniverse".

Il progetto punta a classificare le registrazioni della "voce" delle balene "killer", le nostre "orche", in base a schemi riconoscibili. Gli scienziati sospettano infatti da tempo che tra i cetacei (le orce sono in pratica dei grossi delfini) avvengano forme di comunicazione intelligente. WhaleFM è dunque concettualmente molto simile alla ricerca condotta da SETI per individuare segnali radio intelligenti dallo spazio, ma in chiave più semplice. Qui si tratta semplicemente di mettere a confronto i suoni prodotti dalle balene e cercare di individuare gli elementi che potrebbero corrispondere a un vero e proprio linguaggio. Chi vuole collaborare al progetto deve semplicemente iscriversi e mettersi ad ascoltare l'archivio di registrazioni, visualizzato su una mappa di Google che permette di individuare geograficamente l'ascolto, e segnalare le corrispondenze. Altri progetti di Zooniverse da segnalare sono SolarstormWatch, in cui bisogna analizzare l'andamento delle perturbazioni solari e oldWeather, un affascinante ricostruzione delle condizioni climatiche rilevate durante la Guerra dagli equipaggi della Royal Navy.

Solar Orbiter, nel 2017 mai così vicino al sole

Il Solar Terrestrial Center of Excellence belga, una delle mie fonti informative sull'attività solare misurata da osservatori europei, ha portato a termine un restyling della sua periodica newsletter a periodicità circa settimanale. Oggi la pubblicazione si presenta come una piccola rivista con articoli e fotografie. La neswletter è accessibile dal sito dove è possibile anche consultare l'archivio e si può visualizzare nel browser o in formato PDF. Uno dei primi articoli riguarda la missione Solar Orbiter, scelta recentemente dall'ESA insieme a Euclid (la missione che studierà la materia oscura) per caratterizzare i piani esplorativi dell'Ente spaziale europeo nel decennio 2015-2025. Il Solar Orbiter dovrebbe essere lanciato da un vettore Atlas della NASA nel 2017 con l'obiettivo di inserire in una orbita solare mai tanto ravvicinata (0,22 UA al perielio) una sonda in grado di visualizzare i poli del nostro astro e soprattutto di studiarne l'atmosfera e le emissioni di vento solare. Un piano molto ambizioso che utilizzerà strumenti di assoluta avanguardia come l'Extreme Ultraviolet Imager, una suite di tre telescopi EUV trasportati a bordo della sonda, insieme a tanti altri laboratori di misura. Sempre a proposito di dati solari, un'altra risorsa europea è il portale continentale di meteorologia spaziale.

Il culto di Radiolab, scienza e creatività nella voce

Da Los Angeles Francesca mi ha cortesemente segnalato un magnifico pezzo del Magazine del New York Times su una trasmissione radiofonica cult del circuito pubblico NPR. Radiolab, prodotto originato dalla stazione newyorkese WNYC, è un programma di divulgazione scientifica. Sort of. In realtà è un dialogo filosofico e ironico tra i due conduttori, Robert Krulwich e Jad Abumrad e una lunga catena di episodi e personaggi, mediati da bravissimi corrispondenti, che hanno a che fare con diversi aspetti di frontiera delle scienze moderne, la fisica, la biologia molecolare, le neuroscienze, la medicina... Il Lab contenuto nel titolo è anche una incredibile occasione per i due autori per sperimentare la creazione di sofisticati sound effect e ardite regie narrative (potete seguire qualche esempio grazie al montaggio che ne ha fatto il New York Times in uno special multimediale).

Convinti fautori della radio asincrona, gli autori di Radiolab puntano molto sui podcast per diffondere i loro contenuti in un ambito ancora più esteso (qui l'archivio con le ultime 105 puntate). Il sito Web della trasmissione è, da solo, un monumento all'intelligenza della parola e del suono "artificialnaturale". Sul canale YouTube di RadioLab trovate, come se non bastasse, delle appendici sonore rivestite di immagini che si possono definire non più artefici ma finalmente al servizio dell'immaginazione.

Jad Abumrad was talking about “tension” —the tension between the certainty of science and mysteries that inspire wonder; between authenticity and artifice; between a sound that feels carefully constructed and one that feels anarchic and alive. “You want to seduce people,” he said. “But you also want to disturb them.” Abumrad, who is 37, is the co-host and producer of “Radiolab,” a public radio show that breaks from public radio sensibilities, not least in its striking sound. “I put in a lot of jaggedy sounds, little plurps and things, strange staccato, percussive things — people don’t like that so much,” he said. “Some people don’t, anyway.”

We were in Abumrad’s small and ambivalently decorated office at WNYC. I had spent a few days hanging around as he and his co-host, Robert Krulwich, and the show’s half-dozen or so staff members worked long days to finish an episode for the latest “Radiolab” season, currently being broadcast on several hundred public radio stations around the country. Jaggedy plurps and all, “Radiolab” has since 2005 developed a devoted following for its unconventional approach to both the medium and the message of radio. Its five-episode seasons now attract about a million listeners who hear them over the air, and 1.8 million who, significantly, listen via podcast. Abumrad, who planned on a career as a composer, not a broadcaster, has become a star among producers for his creative sound design. “Radiolab” fans, who tend to be younger than typical public radio listeners, are rabid, selling out most live events in hours. Ira Glass, the “This American Life” creator and progressive-radio hero, has become an unabashed booster, declaring that the show has “invented a new aesthetic for the medium.”

(continua)

Le meravigliose onde radio a cavatappo

Spunta anche una sigla radioamatoriale, SM5DFW, nel curriculum del professor Bo Thidè, un astrofisico svedese dell'Istituto di Fisica dello Spazio che si occupa, tra le altre cose, di emissioni radio dei plasmi e radioastronomia su basse frequenze ed è co-autore delle ricerche che hanno portato alla scoperta di nuove applicazioni della trasmissione di onde radio e alla moltiplicazione delle risorse spettrali esistenti. Ma c'è anche la firma di un astrofisico italiano dell'università di Padova, Fabrizio Tamburini, che già nel 2010, invitato a presentare queste ricerche al "Celsius Symposium 2010" aveva annunciato le potenziali applicazioni di tecniche sviluppate in campo radioastronomico per lo studio dei buchi neri rotanti.

Tutto nasce dallo studio degli effetti di grosse masse gravitazionali sulla luce, che passando radente a queste masse subisce un effetto di "vorticità" o "momento angolare orbitale" simile all'avvitamento di un cavatappi. Tamburini e Thidé hanno studiato il modo di osservare questi effetti e di riprodurli in trasmissione, utilizzando particolari tipi di array di antenne. In gioco non c'è solo la capacità di rilevare questa forma di spin ottico nell'osservazione dei buchi neri (possibilità comunque interessante perché consente di validare in modo più preciso le teorie einsteiniane della relatività generale). La vorticità ottica potrebbe essere applicata anche alla ricetrasmissione radio per incrementare la capacità di banda di una porzione di spettro. La vorticità o spin di una portante potrebbe diventare una nuova "dimensione" di multiplazione, insieme alla suddivisione di tempo, frequenza, polarizzazione, per trasmettere più informazione su uno stesso canale. Le onde radio a cavatappo (o "a fusillo" come titolava lo scorso anno TGR Leonardo) possono essere intrecciate tra loro, in modo che più portanti a frequenza identica ma a diversa vorticità, possano viaggare senza interferirsi a vicenda.

Secondo gli articoli apparsi in questi giorni su riviste scientifiche come Nature e Scientific American, si potrebbero ottenere incrementi di capacità di almeno nove volte. Come dire che i 20 programmi e rotti di un multiplex DAB+ potrebbero diventare quasi 200.

Un primo esperimento di trasmissione "vorticosa" si terrà tra pochi giorni a Venezia, in occasione di un simposio organizzato per la presentazione al grand pubblico dei due ricercatori. Dall'11 al 12 marzo l'evento che si terrà alla Fondazione Giorgio Cini prevede anche una sessione sperimentale con un tentativo di collegamento a onde vorticose tra Piazza San Marco e l'Isola San Giorgio. I dettagli di questo evento si trovano sul sito Vortici e Frequenze. Un articolo su Science News descrive in modo accurato il significato e la portata degli esperimenti italo-svedesi.

(Grazie a Renato per la segnalazione dell'articolo apparso in questi giorni su S.A.)

Black holes take light for a spin

Newly discovered effect could aid observations of Milky Way's monster

By Ron Cowen

Given how weird black holes are, it’s only fitting that researchers have found a screwy way to detect the rotation of these gravitational monsters. Existing telescopes could be equipped with special detectors to record the twist imprinted on light waves that pass near a rapidly spinning black hole, Bo Thidé of the Swedish Institute of Space Physics in Uppsala and his colleagues report online February 13 in Nature Physics.

The newly discovered effect that spinning black holes have on light waves is a consequence of Einstein’s theory of relativity and based on numerical simulations performed by his team, says Thidé. Researchers had already predicted and found some evidence that rotating black holes and neutron stars stir the fabric of surrounding space and time like pancake batter, an effect known as frame dragging (SN: 9/2/00, p. 150).

But researchers hadn’t explored in detail the possibility that rotating black holes could also take light for a spin, imparting angular momentum to the radiation, comments Martin Bojowald of Pennsylvania State University in University Park. “The black hole influences spacetime in such a way that light with net orbital angular momentum is automatically produced,” he says.

Light waves are made up of crests and troughs. Those light waves that travel in unison and unimpeded through space have wave fronts — the imaginary surface over which the crest of one wave lines up with the crest of another — that are planes. In contrast, when light passes near a black hole, each photon acquires a twist that alters the wave surface from a plane to a spiral staircase centered around the direction of travel of the light beam.

“What is new and exciting is the proposal that the effect is actually measurable for the black hole at the center of our galaxy,” says Saul Teukolsky of Cornell University.

Thidé says his team will review radio telescope observations of the Milky Way’s supermassive black hole to see if the twisted light effect has already shown up. Bojowald says the technique “will not be an immediate tool for actual observations of black holes, but it looks promising enough to suggest upgrading telescopes” so they can search for it.

In the meantime, he says, twisted light “gives us a new means to test general relativity and spacetime.”

Satellite Fermi: antimateria dai temporali

La missione orbitale Fermi, con a bordo un sistema di monitoraggio dei brillamenti gamma che arrivano dallo spazio, ha scoperto una inattesa sorgente gamma comunissima nella nostra atmosfera: i temporali. L'aspetto più incredibile è che le esplosioni di raggi gamma rilevate dalla sonda della NASA sono legate all'interazione tra materia e anti-materia. Nell'articolo che segue gli scienziati del Fermi spiegano che in caso di forti temporali le cariche determinano una improvvisa accelerazione degli elettroni che sovrastano le scariche atmosferiche. Una vera "valanga" di elettroni che sale verso lo spazio e interagendo con le molecole dell'atmosfera produce raggi gamma. A loro volta, i raggi investono nuovi elettroni, che accelerati generano altri raggi gamma in una esplosiva reazione a catena. Passando molto vicino ai nuclei degli atomi, i raggi gamma decadono in una coppia elettrone-positrone: l'elettrone e il suo equivalente in antimateria. Il laboratorio orbitale del Fermi ha potuto ricostruire il fenomeno perché il suo sistema di monitoraggio gamma ha rilevato raggi di una particolare intensità, circa mezzo milione di elettronVolt. La soglia rappresenta un preciso marker dell'interazione tra l'antimateria prodotta dai forti temporali (i positroni) e gli elettroni della sonda stessa. Ricombinandosi, positroni ed elettroni si annichiliscono a vicenda lasciandosi dietro una scia di altri raggi gamma a 511mila eV.

L'evento non è particolarmente raro, ma non si verifica con tutti i temporali. In circa tre anni Fermi ha misurato circa 130 brillamenti gamma di origine terrestre. Ora gli scienziati devono capire perché certe tempeste sono così speciali e determinare il ruolo dei fulmini come fattore scatenante della "valanga" che sfocia in produzione di antimateria. Mi chiedo se a loro volta i positroni e i raggi gamma prodotti dalla collisione tra materia e antimateria possono avere un effetto sulla ionosfera. Gli scienziati hanno per esempio descritto il fenomeno delle nubi noctilucenti, un effetto per certi versi simile alle aurore boreali e tra gli studiosi della ionosfera si ipotizza una possibile correlazione con fenomeni radiopropagativi speciali, come l'E sporadico. E se anche queste inattese centrali di produzione di antimateria fossero in qualche modo coinvolte?

Thunderstorms Make Antimatter

Jan. 11, 2011: Scientists using NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope have detected beams of antimatter produced above thunderstorms on Earth, a phenomenon never seen before.

Scientists think the antimatter particles were formed inside thunderstorms in a terrestrial gamma-ray flash (TGF) associated with lightning. It is estimated that about 500 TGFs occur daily worldwide, but most go undetected.

"These signals are the first direct evidence that thunderstorms make antimatter particle beams," said Michael Briggs, a member of Fermi's Gamma-ray Burst Monitor (GBM) team at the University of Alabama in Huntsville (UAH). He presented the findings Monday, during a news briefing at the American Astronomical Society meeting in Seattle.

Fermi is designed to monitor gamma rays, the highest energy form of light. When antimatter striking Fermi collides with a particle of normal matter, both particles immediately are annihilated and transformed into gamma rays. The GBM has detected gamma rays with energies of 511,000 electron volts, a signal indicating an electron has met its antimatter counterpart, a positron.

Although Fermi's GBM is designed to observe high-energy events in the universe, it's also providing valuable insights into this strange phenomenon. The GBM constantly monitors the entire celestial sky above and the Earth below. The GBM team has identified 130 TGFs since Fermi's launch in 2008.

"In orbit for less than three years, the Fermi mission has proven to be an amazing tool to probe the universe. Now we learn that it can discover mysteries much, much closer to home," said Ilana Harrus, Fermi program scientist at NASA Headquarters in Washington.

The spacecraft was located immediately above a thunderstorm for most of the observed TGFs, but in four cases, storms were far from Fermi. In addition, lightning-generated radio signals detected by a global monitoring network indicated the only lightning at the time was hundreds or more miles away. During one TGF, which occurred on Dec. 14, 2009, Fermi was located over Egypt. But the active storm was in Zambia, some 2,800 miles to the south. The distant storm was below Fermi's horizon, so any gamma rays it produced could not have been detected.

"Even though Fermi couldn't see the storm, the spacecraft nevertheless was magnetically connected to it," said Joseph Dwyer at the Florida Institute of Technology in Melbourne, Fla. "The TGF produced high-speed electrons and positrons, which then rode up Earth's magnetic field to strike the spacecraft."

The beam continued past Fermi, reached a location, known as a mirror point, where its motion was reversed, and then hit the spacecraft a second time just 23 milliseconds later. Each time, positrons in the beam collided with electrons in the spacecraft. The particles annihilated each other, emitting gamma rays detected by Fermi's GBM.

Scientists long have suspected TGFs arise from the strong electric fields near the tops of thunderstorms. Under the right conditions, they say, the field becomes strong enough that it drives an upward avalanche of electrons. Reaching speeds nearly as fast as light, the high-energy electrons give off gamma rays when they're deflected by air molecules. Normally, these gamma rays are detected as a TGF.

But the cascading electrons produce so many gamma rays that they blast electrons and positrons clear out of the atmosphere. This happens when the gamma-ray energy transforms into a pair of particles: an electron and a positron. It's these particles that reach Fermi's orbit.

The detection of positrons shows many high-energy particles are being ejected from the atmosphere. In fact, scientists now think that all TGFs emit electron/positron beams. A paper on the findings has been accepted for publication in Geophysical Research Letters.

"The Fermi results put us a step closer to understanding how TGFs work," said Steven Cummer at Duke University. "We still have to figure out what is special about these storms and the precise role lightning plays in the process."

Un nanoponte in grafene per la radio del futuro?

Un futuro nanomeccanico per gli apparecchi radio viene esplorato alla Columbia University sovrapponendo una sorta di "ponte" in nanografene tra i due elettrodi di un transistor FET polarizzato in continua. Il ricercatore cinese che ha condotto l'esperimento ha applicato un segnale variabile e ha scoperto che a una determinata frequenza il ponte in grafene risuona, facendo "passare" il segnale che può essere misurato campionando la capacità tra il grafene e il gate di controllo del FET. Alla fine di questo percorso appena iniziato, ci potranno essere ricetrasmettitori che filtrano e generano le radiofrequenze direttamente, senza ricorrere a circuiti di oscillazione e discriminatori. L'articolo originale è apparso su Technology Review, che pubblica anche il rimando all'articolo scientifico pubblicato da Yuehang Xu e colleghi.

Here's a simple device. Stretch a sheet of graphene between two electrodes to form a kind of trampoline and then place a third electrode under the trampoline. Finally, send a DC current through the graphene and then add a radio frequency voltage on top to see what happens.

This is exactly the experiment that Yuehang Xu at Columbia University in New York and pals have done. They say the graphene sheet resonates when blasted with a voltage changing at radio frequency signals and that this can be easily measured by monitoring the capacitance between the sheet and the third electrode below the sheet.

That's a significant result. For some time now, physicists have been hoping to find ways of using nanoelectromechanical resonators to filter and generate radio signals directly. At present, this has to be done with various kinds of mixing techniques. The problem is that nanoelectromechanical devices all suffer from parasitic capacitance, which tends to drown out the signals that physicists are interested in at radio frequencies.

Xu and co say their graphene sheet device is immune from this because its design causes the effects of stray capacitance essentially to cancel out. And they prove it by using their device to pick out a radio frequency signal at 33.27 MHz.

Telescopi neutrinici o microfoni per balene?

Straordinario questo esempio di multidisciplinarietà in una realtà scientifica che si fa sempre più complessa e specializzata, ma anche densa di vere e proprie connessioni neuronali tra le varie discipline. Generando un fascino a mio parere davvero "epico" all'altezza delle grandi narrative che hanno connotato nei secoli l'umanesimo, tenendolo paradossalmente lontano da una scienza "fredda" e senza cuore.

Nelle profondità del Mediterraneo gli "astrofisici particellari" dispongono i loro telescopi per indagare interazioni tra neutrini e materia, mutuate attraverso la luce di Cherenkov (progetto KM3NeT con un interessante documento sui "telescopi neutrinici"). Poi ci si accorge che le lunghezze d'onda in gioco sono le stesse che consentirebbero il monitoraggio delle attività dei cetacei in profondità e la rete di sensori dispiegata per osservare muoni e adroni viene adattata, con l'aggiunta di sensori bioacustici, per ascoltare le balene. Da qui nasce il sito di LIDO, Listening to the Deep Ocean environment, che offre la rara opportunità di entrare in contatto uditivo con la lenta variabilità degli abissi marini (dalla Sicilia sudorientale partecipa la torre del progetto NEMO).

Ecco il comunicato del CERN sul progetto CLOUD (uno studio tra la possibile interazione tra raggi cosmici e formazione delle nuvole) che mi ha rivelato tutte queste meraviglie.

Listening to whales with neutrino telescopes

Whales sing at the same wavelength as the neutrinos emitted by stars. This happy coincidence gave physicists the idea to share their undersea telescopes with marine biologists. By helping the development of a bioaccoustics network to monitor the deep sea environment, they have already enabled the discovery of the unexpected presence of sperm whales in the Mediterranean Sea. It is even possible to listen to the song of whales live from home with a personal computer connected to the web, thanks to the LIDO platform (Listen to the Deep Ocean) : http://listentothedeep.com/

European astroparticle physicists are developing together KM3NeT, a large undersea neutrino telescope in the Mediterranean, dedicated to tracking neutrinos from astronomical sources. The deployment of deep sea neutrino detection lines for current experiments such as Antarès in France, Nemo in Italy and Nestor in Greece has opened up the possibility of also installing monitoring devices for the permanent study of the deep sea environment: studies of ocean currents, of bioluminescence, of fauna and of seismic activity.

Astroparticle physics is a new field mixing both particle physics and astrophysics and offering many new opportunities for environmental disciplines such as oceanography, climate science and studies of the atmosphere, geology…

The ASPERA European network for astroparticle physics and CNRS/IN2P3 invite the media to participate in the workshop « From the Geosphere to the Cosmos » on 1st and 2nd December at the Palais de la Découverte in Paris, where the new synergies and challenges of environmental sciences and astroparticle physics will be presented.

Journalists are very welcome to attend the whole event. A press briefing will be held on the 1st December 16:15 at the Palais de la Découverte in Paris, where the following projects will be presented:

LIDO - for listening to the deep sea environment from home over the internet,

The CLOUD experiment at CERN, which studies the impact of cosmic rays on clouds and climate,

3D-radiography projects for volcanoes, using particle detectors

Probing new territories

Astroparticle physics is an excellent example of interdisciplinarity, combining the research and technologies of both particle physics and astrophysics. Over the last few years, new methods for observing the Universe have been devised. With astroparticle physics, it is no longer a question of simply studying the light that comes from the stars. Rather, the very particles emitted by cosmic bodies can be detected and analysed. Cosmic rays and neutrinos have a whole new story to tell about the violent processes underway in black holes and supernovae. Be it tracking dark matter particles in underground laboratories, or fishing for neutrinos in the ocean’s depths, today’s physicists can appear almost as characters from Jules Verne, modern-day explorers of the wonders of our Universe.

By deploying large infrastructures in unusual places, astroparticle physics offers new opportunities for other scientific disciplines for studying the atmosphere, the ocean, biology in extreme conditions…

Developing new technologies

Astroparticle physics also offers a perspective of extremely promising technologies to come. Just as it is possible to image the human body with X-rays, particle physics detectors should soon be able to make three dimensional images of volcanoes and thus help in better understanding their mechanisms and indeed risk prevention. As they interact very weakly with ordinary matter, some particles such as neutrinos and muons cross huge thicknesses of rock, revealing the densities of the different layers they go through. In addition, geoneutrinos could allow for studies of the Earth’s core.

Better understanding of the atmosphere and climate

Cosmic rays are charged particles that bombard the Earth's atmosphere from outer space. The deployment of large cosmic ray experiments such as the Pierre Auger Observatory in Argentina, or indeed satellite-based experiments, helps to continuously and precisely monitor the atmosphere on a large scale. Such experiments offer the possibility to study the role that cosmic rays could play in triggering lightning in thunderstorms. Moreover, studies suggest that cosmic rays might even have an influence on the amount of cloud cover through the formation of aerosols. CLOUD is an experiment at CERN in Geneva that uses a cloud chamber to study the possible link between cosmic rays and cloud formation. The results could greatly modify our understanding of clouds and climate.

Aerei robot come antenne, un esperimento in Svizzera

Il Laboratory for Intelligent Systems della Scuola Politecnica Federale di Losanna sta studiando l'uso di "sciami" di minuscoli (sotto il mezzo chilo di peso) velivoli robotizzati (UAV) alimentati da un motorino a batteria di litio da dispiegare nelle aree dei disastri naturali e altre emergenze per realizzare infrastrutture di comunicazione volanti. Una rete cellulare in cielo a bassa quota. Ogni velivolo robotizzato ha una autonomia di circa mezz'ora e l'aspetto interessante riguarda gli algoritmi per il controllo di questi sciami, che richiedono un singolo punto di controllo ed evitano le collisioni dialogando continuamente tra loro tramite connessioni ZigBee. Due gli algoritmi sperimentati finora, uno basato sull'osservazione degli sciami di formiche che mediano e coordinano i loro movimenti rilasciando feromoni, l'altro sull'autoapprendimento delle macchine a controllo numerico.

Questo breve articolo da Embedded Internet Design fornisce le informazioni essenziali ma il sito del Laboratorio elvetico è molto più completo.

Swarm intelligence controls robotic planes

R. Colin Johnson

PORTLAND, Ore.–A new strategy for coordinated flight of unmanned aerial vehicles (UAVs) devised by the Swiss Federal Institute of Technology uses coordinated communications to allow a single operator to control an entire swarm of ultra-cheap robotic planes, rather than depending on expensive radar or lasers to locate and coordinate the flight of swarms or UAVs.

Created in the Laboratory of Intelligent Systems at the Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), the Swarming Micro Air Vehicle Network (SmavNet) project uses small (32-inch wingspan), lightweight (under 1 pound) UAVs with an electric motor and two control surfaces (ailerons and elevators) running on a single lithium-polymer battery with a flight-time of 30 minutes. The UAVs use GPS for location and WiFi for communications plus only three inexpensive sensors—a single MEMS gyroscope and two pressure sensors.

The swarm-interface requires only the simplest directions from a single operator on a ground-based computer, where algorithms send the control signals to each UAV—consisting of altitude, airspeed and turning rates. Currently the team is experimenting with two control algorithms. One is derived from the observation of ants, who use pheromone to coordinate swarms. The second uses machine learning to evolve unique algorithms for specific tasks.

The ant-derived approach uses airborne pheromones to set up a grid of responsibility for each UAV which patrols its sector while flying a circular pattern. The second approach uses unique flight patterns discovered by a machine learning algorithm, which are then reverse-engineered into a controller. Reverse-engineered controllers have so far demonstrated several useful behaviors not exhibited by the ant-derived algorithm, including exploration, synchronization and relayed communications.

Still in the development stage, the safety issues of controlling swarms of UAVs has been demonstrated to the satisfaction of the Swiss Federal Office for Civil Aviation, from whom official authorization for beyond-line-of-sight swarm operation has been granted for the tests.

Bufale estive: il peggio del raggio

Seconda puntata della saga sul raggio della morte. Paolo Attivissimo racconta sul suo Disinformatico di essere stato contattato dall'autore del contestato articolo apparso in prima pagina sul Giornale, dove si racconta che a partire dalle ricerche marconiane sull'uso potenzialmente distruttivo delle onde elettromagnetiche, si è arrivati alla scoperta di un sistema per la produzione di energia pulita a costo quasi zero. Un sistema basato su un non meglio precisato processo di "ionizzazione" della materia che non può - per evidenti ragioni - funzionare come dice di funzionare. Anche assumendo che "ionizzando" a distanza la materia si arrivi alla produzione di energia, resta da vedere se questa energia possa davvero superare quella servita per produrre il presunto raggio ionizzante. In ogni caso, nessuno potrà mai sapere se questo impianto miracoloso funzionerà o no, perché un completto ordito da una Fondazione cattolica ("Pace e Crescita", quasi come la mitica stazione radio Peace and Progress che diffondeva da Mosca durante la Guerra fredda) ha insabbiato tutto. Come il reattore di Chernobyl immagino.

In ogni caso, Rino Di Stefano, il giornalista che ha firmato la storia, avrebbe fatto avere ad Attivissimo i documenti che testimonierebbero la genuinità di questa bufala di pessimo gusto. Sono documenti farneticanti che peraltro fanno bella mostra di sé sul sito Web di Di Stefano, qui e qui. Se avete un minimo di infarinatura scientifica e non avete digerito la cena, evitate di aprire questi PDF. Credo che basti veramente poco per capire che - nonostante i nomi roboanti sbandierati a proposito di "test" che nessuno potrà mai verificare (figuriamoci ripetere) - siamo davanti a una colossale montagna di assurdità. Altro che notizie da prima pagina.

Il raggio della morte (della scienza) secondo il Giornale

Su qualsiasi altra pubblicazione sarebbe stato solo l'ennesimo esempio di giornalismo approssimativo trapiantato nel contesto estivo che favorisce le letture da spiaggia, quelle delle panzane più spudorate. Ma sul Quotidiano di Famiglia, praticamente l'organo ufficiale governativo la scombiccherata storia pubblicata il 6 luglio in prima pagina (la prima pagina!) del Giornale equivale a un manifesto politico. Un manifesto che afferma che la cultura scientifica non serve a niente, che con la carta dei libri di testo possiamo accenderci il barbecue, che in Italia si possono tranquillamente chiudere le università (come del resto si sta cercando di fare da anni).

Il lungo vaneggiamento del Giornale parte dall'energia concentrata nel cosiddetto "raggio della morte" sperimentato da Guglielmo Marconi e arriva a una tanto misteriosa quanto antiscientifica macchinetta per produrre energia pulita a costo zero. L'eterno sogno di stuoli di "inventori" del tutto incapaci di comprendere le leggi delle fisica e soprattutto le equazioni di Maxwell. Nessuno pretende che un cronista le comprenda, ma perché non chiedere a un docente universitario un parere critico sui fatti riferiti? Come se non bastassero le farneticazioni tecnologiche, il pezzo racconta di un presunto complotto ordito da una parte della Chiesa cattolica per tenere nascosta un'invenzione ritenuta evidentemente scomoda. A rivelare l'esistenza dell'invenzione nonché del complotto è un certo Enrico M. Remondini, "imprenditore" genovese. Uno che se lo cercate su Internet lo vedete comparire in diversi commenti in calce a siti anti-abortisti e violentemente anti-eutanasia (quelli che con mirabile coerenza e cristiana pietà vorrebbero veder morto papà Englaro), con la firma linkata a una pagina Web, www.adoremus.it, che è tutto un programma di cattolicesimo illuminato e moderato. Ma che vergogna.

Per leggere la versione completa di questo pessimo esempio di teatro dell'assurdo cliccate qui. Purtroppo la cosa ha avuta pochissima eco e se non fosse stato per l'encomiabile attività anti-bufala di Paolo Attivissimo e per Andrea B. che me ne ha segnalato l'intervento non ne sarei venuto a conoscenza.

Per fortuna su un tema controverso come il raggio della morte e le teorie anti-Maxwelliane di Nikola Testla, in rete anche testi scientificamente solidi come questa risposta di Gianfranco Verbana sul sito Vialattea alla domanda: "Ho letto in una vecchia enciclopedia che l'inventore dell'antenna televisiva, il giapponese Yagi, negli anni '30 riuscì ad uccidere un coniglio con un fascio concentrato di onde elettromagnetiche. In rete non ho trovato nulla a riguardo: è quindi una bufala? Inoltre, sarebbe tecnicamente possibile oggi utilizzare fasci concentrati di onde elettromagnetiche per produrre armi letali, o il cosiddetto "raggio della morte"? Purtroppo Verbana esaudisce solo una parte di questi dubbi, ma rende piuttosto facile intuire che la meravigliosa scoperta rivelata dal Giornale (ai tempi di Montanelli noto con l'ironico nomignolo di Geniale) pone qualche piccola contraddizione con le teorie scientifiche consolidate. Il Fortean Times ci parla invece del raggio della morte "inventato" dall'inglese Harry Grindell Matthews.

SDO, il sole fa spettacolo in HD

Gli scienziati della NASA osservano con stupore immagini e filmati ad alta risoluzione che il Solar Dynamics Observatory ci restituiscono del nostro sole, spiegando misteri finori irrisolti come la "pioggia coronale", la ricaduta di materiale plasmatico dopo le eruzioni nell'atmosfera solare.

SDO Observes Massive Eruption, Scorching Rain

April 27, 2010: Just last week, scientists working with NASA's new Solar Dynamics

Observatory (SDO) released the most astonishing movies of the sun anyone had ever seen. Now, they're doing it again.

"SDO has just observed a massive eruption on the sun—one of the biggest in years," says Lika Guhathakurta of NASA headquarters in Washington DC. "The footage is not only dramatic, but also could solve a longstanding mystery of solar physics."

Karel Schrijver of Lockheed Martin's Solar and Astrophysics Lab is leading the analysis. "We can see a billion tons of magnetized plasma blasting into space while debris from the explosion falls back onto the sun surface. These may be our best data yet."

Astronomers have seen eruptions like this before, but rarely so large and never in such fluid detail. As science team member Alan Title of Lockheed Martin pointed out at last week's press conference, "no other telescope comes close to the combined spatial, temporal and spectral resolution of SDO."

Schrijver says his favorite part of the movie is the coronal rain. "Blobs of plasma are falling back to the surface of the sun, making bright splashes where they hit," he explains. "This is a phenomenon I've been studying for years."

Coronal rain has long been a mystery. It's not surprising that plasma should fall back to the sun. After all, the sun's gravity is powerful. The puzzle of coronal rain is how slowly it seems to fall. "The sun's gravity should be pulling the material down much faster than it actually moves. What's slowing the descent?" he wonders.

For the first time, SDO provides an answer. "The rain appears to be buoyed by a 'cushion' of hot gas," says Schrijver. "Previous observatories couldn't see it, but it is there."

One of SDO's game-changing capabilities is temperature sensing. Using an array of ultraviolet telescopes called the Atmospheric Imaging Assembly (AIA), the observatory can remotely measure the temperature of gas in the sun's atmosphere. Coronal rain turns out to be relatively cool—"only" 60,000 K. When the rains falls, it is supported, in part, by an underlying cushion of much hotter material, between 1,000,000 and 2,200,000 K. "You can see the hot gas in the color-coded temperature movie," says Schrijver. "Cool material is red, hotter material is blue-green. The hot gas effectively slows the descent of the coronal rain."

Dick Fisher, the head of NASA's Heliophysics Division in Washington DC, has been working in solar physics for nearly forty years. "In all that time," he says, "I've never seen images like this."

"I wonder, what will next week bring?"

Radio Vulcano trasmette la voce dei fulmini eruttivi

Spaceweather.com parla di una missione scientifica che in Islanda sta studiando un fenomeno poco conosciuto (e dalle cause ancora misteriose) associato alle eruzioni vulcaniche: nelle nuvole incandescenti di lava, ceneri e gas si accendono le scariche di veri e propri fulmini. Considerando la difficoltà di osservare questi lampi in normali condizioni di ripresa, gli scienziati del politecnico New Mexico Tech stanno costruendo intorno all'Eyjafjallajokull (nessuna relazione con il Faiallo) una rete di sensori RF che "ascoltano" le scariche ricostruendone la mappa tridimensionale.

It is well known that volcanic eruptions produce strong lightning. Less well known is why? Ordinary lightning in thunderstorms is not fully understood; volcanic lightning is even more of a mystery.To investigate, a team of researchers from New Mexico Tech has traveled to Iceland to monitor the Eyjafjallajokull volcano--and they have found it crackling with electricity. Photography is one way to monitor volcanic lightning, but the technique has limits: Ash clouds are able to hide the flashes; lightning is not always visible in daylight; glowing lava competes for attention; and so on. Radio receivers can do a better job. Lightning emits impulsive radio bursts which can be measured and counted, day or night, even through clouds of ash. "We are deploying a six-station lightning mapping array around the Eyjafjallajokull volcano," says Harald Edens. Their analysis of the radio "crackles" could reveal much about the inner workings of volcanic lightning.

Falsi "precursori": la radio spenta non fa terremoto

Lunedì 30 novembre a Roma, a palazzo San Macuto, si terrà una conferenza nazionale dedicata alla sismologia in cui si parlerà anche di strumenti predittivi (non ho capito bene perché ma partecipa anche l'europarlamentare onorevole Borghezio, forse la presenza ha a che fare con la sua nota irruenza oratoria). In ogni caso Expert System, una azienda software specializzata in strumenti per il knowledge management e l'analisi linguistico-semantica, spiegherà come questi strumenti possono servire anche per cercare di anticipare i terremoti più distruttivi.

"Nella sessione dedicata agli eventi sismici è previsto l'intervento di Andrea Melegari, Vice Presidente Security & Intelligence di Expert System, che illustrerà quale contributo può fornire l'analisi semantica nel campo della predizione dei terremoti.
Oltre agli strumenti scientifici di osservazione, rilevazione e mappatura del territorio già ampiamente usati, nel corso del convegno saranno presentati nuovi metodi e tecnologie che, senza alcuna pretesa di certezza, aprono tuttavia alla possibilità di sfruttare una serie di informazioni fornite direttamente dalla popolazione.
Tipicamente si tratta di dati poco strutturati e difficilmente misurabili, ma è possibile, attraverso strumenti di analisi semantica, analizzarli automaticamente ed estrarne la conoscenza utile. Tutti questi dati, plausibilmente, contengono in sé le informazioni necessarie a ricavarne le "regole" secondo cui con buona approssimazione, in termini previsionali di tempo, luogo ed intensità, accadono i fenomeni calamitosi dai cui disastrosi effetti ci vogliamo difendere. Esistono degli strumenti matematici appositi che messi opportunamente alla prova potrebbero offrire tale possibilità."

I lettori di questo blog forse ricordaranno i miei post dedicati alle perturbazioni dei segnali radio in bassissime frequenze utilizzate come "precursori sismici", come sintomi di un terremoto imminente. Per una strana coincidenza proprio stamattina discutevo con Andrea Borgnino (complimenti per la nascita del suo terzogenito, Emilio!) di un fatto correlato alla ricerca in questo campo. Un contatto di Andrea, radioamatore e docente all'università dell'Aquila, gli aveva segnalato la pubblicazione di un recente articolo scientifico apparso sulla rivista Natural Hazards and Earth System Sciences della European Geosciences Union firmato da un gruppo di ricercatori italiani. Gli autori affermano di aver registrato, una settimana prima del terremoto in Abruzzo, un brusco calo del segnale del trasmettitore di Radio Monte Carlo su 216 kHz, in onde lunghe, segnale addirittura scomparso dai loro spettrogrammi. Ecco il testo che si legge nell'abstract apposto all'articolo intitolato A pre seismic radio anomaly revealed in the area where the Abruzzo earthquake (M=6.3) occurred on 6 April 2009:

From 31 March to 1 April the intensity of the MCO radio signal dropped and this drop was observed only in this signal. The possibility that the drop was connected to problems in the transmitter or in the receiver was investigated and excluded. So, the drop indicates a defocusing of the radiated signal. Since no particular meteorological situation along the path transmitter-receiver happened, the defocusing must be related to other causes, and a possibility is presented that it is a precursor of the Abruzzo earthquake.

Secondo gli scienziati le presunte perturbazioni propagative in onde lunghe potevano essere considerate un precursore dell'evento sismico del 7 aprile che ha così duramente colpito L'Aquila. C'è però una grave falla in questa ipotesi: non so quali controlli abbiano svolto i ricercatori, ma il 31 marzo il trasmettitore di Monte Carlo era spento per ordine di un tribunale francese. Notizia che gli scienziati avrebbero potuto leggere anche su Radiopassioni. L'emittente, mi riferisce ancora Andrea, ha confermato oggi che l'impianto era stato disattivato. Non è quindi il caso di correlare il suo "silenzio" a una condizione pre-sismica, forse neppure il nostro Caro Leader potrebbe accusare la magistratura di certe colpe. Una brutta figura, che ricercatori esperti avrebbero dovuto evitare. Ma che non toglie validità alle teorie sui precursori sismici. Nello stesso numero di NHESS, il 5 del Volume 9/2009, si trova un altro studio, condotto su segnali radio in VLF. Si intitola Anomalies in VLF radio signals prior the Abruzzo earthquake (M=6.3) on 6 April 2009 e mi sembra più sensato.

NASA "Spinoff", la ricaduta dello spazio

Dal 1976 la NASA pubblica ogni anno un volume che illustra le ricadute della ricerca e della scienza aerospaziale nelle altre discipline. Tutte le edizioni sono accessibili online nell'archivio della pubblicazione, intitolata Spinoff. L'edizione 2009 è appena stata rilasciate e nelle sue 212 pagine viene per esempio raccontato il caso di WirldWinds, che sfrutta le immagini satellitari della NASA per offrire a 8.500 abbonati un servizio - veicolato attraverso il canale di WxWorx sul satellite radiofonico digitale XM - che individua le zone di mare più ricche di banchi di pesce (FishBytes, questo il nome del meteopesce). Ma anche la storia di SeaSpace Corporation e della sua antenna low cost che abbatte i costi della ricezione dei dati (sempre satellitari). Oppure ancora il caso di Xcom Wireless, che sempre per le comunicazioni dati ad altissime frequenze costruisce MEMS (microcomponenti elettromeccanici) in radiofrequenza da inserire nei front-end degli apparati. Il sito di Spinoff contiene l'archivio di tuttel le 33 edizioni del volume. Da qui si può prelevare il PDF dell'edizione 2009

Da Nòva a Radio

Un forte in bocca al lupo e un ringraziamento agli amici della redazione di Nòva24, il supplemento del giovedì che il Sole 24 Ore dedica alle tecnologie, che dal prossimo lunedì dalle 16 alle 17 saranno ai microfoni di Radio24 (e, immagino, riascoltabili attraverso la ricca offerta in podcasting della stazione). Le trasmissioni di NòvaLab24 saranno, ne sono convinto, imperdibili.

Nòva su Radio24
Da lunedì, le voci degli innovatori che la redazione incontra sulla sua strada si potranno sentire su Radio24, tra le 16:00 e le 17:00. E sarà possibile naturalmente chiamare al telefono per interloquire con loro.
Il compito che la redazione di Nòva si è assunta è arduo. Saper stare davanti a un microfono non è come scrivere sul giornale. Luca Tremolada e tutta la banda degli autori di Nòva saranno impegnatissimi a tentare di rispondere adeguatamente all'occasione che la Radio24 ha voluto offrire.
Il nome? Dopo tante discussioni e riflessioni, la Radio24 ha deciso. La trasmissione si chiamerà: NòvaLab24. In bocca al lupo a tutti coloro che se ne occuperanno.

Nanofiltri per nanoradio?

Chissà che i ricevitori del futuro - sicuramente i telefoni cellulari - non finiscano per essere basati su dispositivi nanoelettromeccanici (ricordate la radio a nanotubi di carbonio?) più che sul trattamento digitale del segnale. I ricercatori della Purdue University stanno studiando la possibilità di realizzare strutture micro o nanoelettromeccaniche (MEMS) da impiegare come filtri o amplificatori quasi invisibili ma molto efficienti. Quello dei filtri meccanici è un concetto tutt'altro che nuovo. I ricevitori professionali di parecchi decenni fa montavano eccezionali filtri meccanici Collins, rimasti leggendari. Il principio di funzionamento è semplice: si tratta di realizzare una struttura meccanica che abbia una frequenza di risonanza vicina ai segnali in radiofrequenza da filtrare. Questi dispositivi agivano da filtri passa-banda ad altissime prestazioni. Il fatto che un filtro oggi possa essere realizzato via software con l'aiuto di convertitori analogico-digitali-analogico non deve far pensare che l'idea dei filtri MEMS non abbia futuro. L'uso combinato di tecnologie di filtraggio digitali e elettromeccaniche potrebbe anzi essere molto interessante, considerando che al contrario dei vecchi filtri meccanici Collins, quelli studiati alla Purdue University sono sottili come un capello.

Tiny 'MEMS' Devices To Filter, Amplify Electronic Signals

ScienceDaily (Aug. 31, 2009) — Researchers are developing a new class of tiny mechanical devices containing vibrating, hair-thin structures that could be used to filter electronic signals in cell phones and for other more exotic applications.
Because the devices, called resonators, vibrate in specific patterns, they are able to cancel out signals having certain frequencies and allow others to pass. The result is a new type of "band-pass" filter, a component commonly used in electronics to permit some signals to pass through a cell phone's circuitry while blocking others, said Jeffrey Rhoads, an assistant professor of mechanical engineering at Purdue University.
Such filters are critical for cell phones and other portable electronics because they allow devices to process signals with minimal interference and maximum transmission efficiency. The new technology represents a potential way to further miniaturize band-pass filters while improving their performance and reducing power use, Rhoads said.
The device is an example of a microelectromechanical system, or a MEMS, which contain tiny moving parts. Incoming signals generate voltage that produces an electrostatic force, causing the MEMS filters to vibrate.
Researchers have proposed linking tiny beams in straight chains, but Rhoads has pursued a different approach, arranging the structures in rings and other shapes, or "non-traditional coupling arrangements." One prototype, which resembles spokes attached to a wheel's hub, is about 160 microns in diameter, or comparable in size to a grain of sand.
Findings are detailed in a research paper to be presented on Sept. 2 during a meeting of the American Society of Mechanical Engineers' Third International Conference on Micro and Nano Systems. The conference runs from Aug. 30 to Sept. 2 in San Diego. The paper was written by Rhoads and mechanical engineering graduate student Venkata Bharadwaj Chivukula.
In addition to their use as future cell phone filters, such resonators also could be used for advanced chemical and biological sensors in medical and homeland-defense applications and possibly for a new type of "mechanical memory element" that harnesses vibration patterns to store information.
"The potential computer-memory application is the most long term and challenging," Rhoads said. "We are talking about the possibility of creating complex behaviors out of relatively simple substructures, similar to how in cellular biology you can have a relatively complex behavior by combining hundreds or thousands of simple cells."
The band-pass filter design promises higher performance than previous MEMS technology because it more sharply defines which frequencies can pass and which are rejected. The new design also might be more robust than the traditional linear arrangement, meaning devices could contain manufacturing flaws and still perform well.
The devices are made of silicon and are manufactured using a "silicon-on-insulator" procedure commonly used in the electronics industry to make computer chips and electronic circuits. The small, vibrating mechanical structures contain beams about 10 microns in diameter, which is roughly one-tenth the width of a human hair. The beams can be connected mechanically, like tiny springs, or they can be linked using electric fields and magnetic attractions.
"We are in the process of making a second prototype," said Rhoads, who has used simulations and also conducted experiments with the devices to demonstrate that the concept works.
The devices are being fabricated at the Birck Nanotechnology Center in Purdue's Discovery Park through a collaboration with Dimitrios Peroulis, an assistant professor of electrical and computer engineering.
The research is based at a new Dynamic Analysis of Micro/Nanosystems Laboratory at Birck. The lab, managed by Rhoads and mechanical engineering professor Arvind Raman, is equipped with an instrument called a scanning laser Doppler vibrometer, which uses a laser to measure the minute movement of the tiniest structures. The system is housed inside a vacuum chamber sitting on top of a special vibration-absorbing platform critical to making the precise measurements.
Other faculty members and graduate students also use the specialized facility.
The research is funded by the National Science Foundation through an NSF Faculty Early Career Development grant, awarded to outstanding young researchers. So far four Purdue researchers have received the grants this year. The research includes educational components using Purdue's nanoHUB - the Web portal of the Network for Computational Nanotechnology, also NSF-funded and based at Purdue - as well as Purdue's Summer Undergraduate Research Fellowship program.
Rhoads will develop and deploy on the nanoHUB a software tool to simulate the behavior of the resonators, a new K-12 education curriculum on emerging microelectromechanical and nanoelectromechanical systems, and college-level course materials and lectures associated with a new course on the systems.

Nanoradio, preludio di straordinari apparati

La tanto decantata nanotecnologia - leggo nell'articolo che l'ultimo numero di Scientific American dedica all'invenzione della "radio più piccola del mondo", quella basata sui nanotubi di carbonio scoperta a Berkeley nel 2007 - si è concretizzata in una applicazione che può sembrare umile e poco aggiornata, ma che in effetti, secondo i suoi scopritori, potrebbe figliare dispositivi davvero rivoluzionari. Protesi acustiche invisibili, telefonini grandi come un auricolare, oggetti radiocomandati da iniettare nel flusso sanguigno per scopi medici, interfacce per il controllo di funzionalità neuromuscolari... Una lettura interessante, grazie a Gigi Nadali per la segnalazione.

The World's Smallest Radio

A single carbon nanotube can function as a radio that detects and plays songs
By Ed Regis

Nanotechnology is arguably one of the most overhyped “next big things” in the recent history of applied science. According to its most radical advocates, nanotechnology is a molecular manufacturing system that will allow us to fabricate objects of practically any arbitrary complexity by mechanically joining molecule to molecule, one after another, until the final, atomically correct product emerges before our eyes.
The reality has been somewhat different: today the word “nano” has been diluted to the point that it applies to essentially anything small, even down to the “nanoparticles” in commodities as diverse as motor oil, sunscreen, lipstick and ski wax. Who, then, would have expected that one of the first truly functional nanoscale devices—one that would have a measurable effect on the larger, macroscale world—would prove to be ... a radio? But the nanotube radio, invented in 2007 by physicist Alex Zettl and his colleagues at the University of California, Berkeley, performs a set of amazing feats: a single carbon nanotube tunes in a broadcast signal, amplifies it, converts it to an audio signal and then sends it to an external speaker in a form that the human ear can readily recognize. If you have any doubts about this assertion, just visit www.sciam.com/nanoradio and listen to the song “Layla.”
The nanotube radio, its fabricators say, could be the basis for a range of revolutionary applications: hearing aids, cell phones and ­iPods small enough to fit completely within the ear canal. The nanoradio “would easily fit inside a living cell,” Zettl says. “One can envision interfaces to brain or muscle functions or radio-controlled devices moving through the bloodstream.”
(continua)

La radio dell'evoluzione

Il primo luglio del 1858 Charles Darwin presentava per la prima volta le sue teorie sull'evoluzione della specie davanti ai colleghi della Linnean Society. Ma questo 150esimo anniversario, che nel 2009 sarà seguito dal duecentesimo della nascita e dal 150esimo della pubblicazione di Delle origini, è solo una delle occasioni celebrative di uno scienziato che in quest'epoca di oscurantismi di ritorno (e il guaio è che tornano per restare), andrebbe accuratamente riletto. Alla rilettura provvede un'emittente che Darwin, se gli fosse stato possibile, avrebbe ascoltato nei suoi viaggi nel Pacifico. Radio New Zealand ha registrato per i suoi servizi interni sei lezioni darwiniane di altrettanti docenti di università neozelandesi. e australiane L'accento, lo ammetto, è un po' ostico, ma con un po' di attenzione se conoscete l'inglese potete seguirle bene. Per il download sono già disponibili in formato MP3 e Ogg Vorbis le prime due lezioni, Darwin and the evolution of an idea e The evolution of biological complexity. Per le altre quattro, registrate tra fine agosto e inizio settembre, navigate verso quegli stessi mari.

THE DARWIN LECTURES

150 years ago, Charles Darwin's ideas about evolution were first announced in public - to a meeting of the Linnean Society in London. Oddly, almost no one noticed!
It might not have helped that the joint paper (with Alfred Russell Wallace) was given the ripping title 'On the Tendency of Species to Form Varieties; and on the Perpetuation of Varieties and Species by Natural Means of Selection'.
A year later when the book came out everyone realised just what a big bang it was in terms of ideas. The paper, the book, and now the radio lecture series…
From Sunday 24 August 2008, Radio New Zealand explores the ideas of Darwin and their impact. This six-part series from the Royal Society plays in our Sunday Feature slot, and features some of New Zealand's most eminent scientists.


Lecture 1. Darwin and the Evolution of an Idea
Professor Lloyd Spencer Davis, University of Otago
In the last 2000 years there has been one idea, above all else, that has altered the way we view the world and our place in it. That idea is evolution by natural selection and the originator of the idea was Charles Darwin.
Recorded 19 August in Napier

Lecture 2. The Evolution of Biological Complexity
Professor Paul Rainey FRSNZ, Massey University
Professor Rainey paints a picture of life's evolution from the perspective of major evolutionary transitions, including that from solitary organisms to societies.
Recorded 28 July in New Plymouth

Lecture 3. The Principle of Evolution: Absolute Simplicity
Professor David Penny CNZM FRSNZ, Research Director, Allan Wilson Centre for Molecular Ecology and Evolution, Massey University
Can we find anything in biology that is not understandable, or not explainable, by the things we can observe and measure in the present? Evolution is, by far, the simplest possible way of understanding ourselves, our past, and our future.
Recorded 20 August in Palmerston North

Lecture 4. The fossil record
Professor Alan Cooper, Director, Australian Centre for Ancient DNA, The University of Adelaide
How should we interpret what the fossil record tells us about evolution - both in general, and with regard to how New Zealand has ended up as it is today?
Recorded 18 August in Gisborne

5. Evolutionary Psychology
Professor Russell Gray, The University of Auckland
Attempts to explain human behaviour in evolutionary terms have a mixed history. Today, crude social Darwinian and socio-biological explanations are increasingly being replaced by richer, more complex theories.
Recorded 3 September in Hamilton

6. The Storytelling Ape: Evolution, Art, Story, Culture
Professor Brian Boyd, The University of Auckland
Brian Boyd will focus on art, perhaps the feature of human behavior that might seem to have least to do with a struggle for existence. Can biology explain why art (music, dance, visual art, storytelling and verse) is a human universal? Why do we so compulsively invent and engage with stories we know to be untrue?
Recorded 8 September, in Nelson