Gli smartphone del futuro intercetteranno l’invisibile? Cos'è lo spettrometro miniaturizzato

Così piccoli da poter essere integrati in un normale smartphone: ecco come si presentano gli spettrometri miniaturizzati messi a punto da un team di ricercatori della North Carolina State University. Questa ricerca rappresenta una svolta importante per una tecnologia che potremmo cominciare a utilizzare quotidianamente: la spettrometria. Vediamo nel dettaglio di cosa si tratta e come questa innovazione potrebbe essere applicata ai nostri futuri smartphone. 

Uno spettrometro è uno strumento scientifico che permette di misurare lo spettro della radiazione elettromagnetica, ovvero la proprietà della luce in funzione della sua lunghezza d’onda. In sostanza, uno spettrometro “scompone” la luce che naturalmente interagisce con qualsiasi oggetto nello spazio, permettendo di misurarne diverse proprietà. 

Grazie a strumenti come questi, ad esempio, possiamo conoscere la composizione chimica e le proprietà fisiche di diversi oggetti, anche lontani, come stelle e atmosfere di altri pianeti. Un potente spettrometro di ultima generazione non a caso si trova sul telescopio spaziale James Webb. 

Gli spettrometri tuttavia non vengono utilizzati solo per osservare la volta celeste, ma hanno diverse applicazioni: dalla diagnostica medica all’ingegneria. Nonostante col tempo le tecnologie abbiano permesso di rendere questi strumenti sempre più efficienti, le loro dimensioni elevate hanno sempre ostacolato l’utilizzo degli spettrometri su larga scala confinandoli a strumenti appannaggio di ricercatori ed esperti. 

Il guanto di sfida è stato raccolto proprio dal team della North Carolina State University guidato da Brendan O’Connor, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale proprio alla NCSU. 

Ci sono stati dei tentativi in questo senso già nel passato, ma non avevano prodotto risultati ottimali per una serie di limiti. Uno di questi era il problema della tensione: per funzionare questi strumenti richiedono tensioni elevate. Il team di O’Connor è riuscito a mettere a punto uno spettrometro che funziona con una tensione inferiore a 1 volt grazie ad un fotorilevatore pensato appositamente. 

Ma non solo. Lo spettrometro della NCSU ha anche un alto livello di accuratezza: dallo studio emerge che è paragonabile ad uno spettrometro convenzionale. Infine, anche le tempistiche sono state ridotte all’osso: l’intero processo dura meno di un millisecondo. Ne risulta dunque uno strumento affidabile, preciso e con consumi che possono essere facilmente integrati con un dispositivo portatile di largo consumo come appunto uno smartphone. 

Ma per “entrare” in uno smartphone, va da sé che lo spettrometro debba avere anche dimensioni notevolmente ridotte. Il micro-spettrometro emerso dagli studi del team di O’Connor misura pochi millimetri quadrati tanto da poter essere integrato addirittura in un solo pixel di una fotocamera.

Fare previsioni accurate non è di certo possibile, ma possiamo immaginare che quella dello spettrometro miniaturizzato sia un’innovazione destinata ad aggiungere funzionalità importanti allo smartphone che usiamo quotidianamente oltre che alla ricerca. 

D’altronde tra gli obiettivi dichiarati dello studio c'era proprio questo: «Il nostro obiettivo a lungo termine è portare gli spettrometri sul mercato consumer», conferma O’Connor stesso. «Le dimensioni e il fabbisogno energetico di questa tecnologia ne rendono possibile l’integrazione in uno smartphone, e riteniamo che ciò apra la strada ad alcune applicazioni interessanti».

In questo modo la spettroscopia potrebbe diventare uno strumento alla portata di tutti con applicazioni finora considerate impossibili per il mercato di massa. Uno smartphone potrebbe così essere in grado di fare analisi ambientali, controllare la qualità degli alimenti o anche offrire strumenti di diagnostica personale.