Il raggio traente: quante volte lo avete visto all'opera in film, romanzi e serie TV di fantascienza? Eppure non è più materia di fantasia: grazie ai progressi nella fisica e nella tecnologia, attraverso l'uso di onde laser o acustiche, sta diventando realtà
È una tecnologia ancora acerba, ma vale la pena di investire tempo in ricerche: le applicazioni potenziali sono tantissime (su tutte, ricerca farmaceutica e produzione ad alta precisione). In ogni caso, lo sviluppo dei raggi traenti potrebbe avere un impatto significativo sul futuro della fisica, della tecnologia e su come affrontiamo problemi complessi.
Che cos'è un raggio traente?
Come detto, si tratta di fasci di onde laser o acustiche da usare per controllare a distanza particelle, molecole o oggetti di dimensioni maggiori. Il concetto di "raggio traente" ha quasi un secolo: è stato introdotto per la prima volta dallo scrittore di fantascienza Edward Elmer "Doc" Smith nel 1931.
Nel tempo, è diventato un elemento ricorrente nelle opere di fantascienza. Celebre la serie Star Trek, dove i raggi traenti sono rappresentati come un fascio di energia usato dalle astronavi e capace di afferrare e muovere oggetti a distanza.
E oggi? Dal reame della fantascienza siamo già entrati nel campo della ricerca. Il raggio traente non è più teoria: i progressi scientifici e tecnologici recenti lo hanno reso reale.
Nel 2013, gli scienziati sono riusciti a sviluppare un raggio traente in grado di manipolare oggetti a livello microscopico. Da allora, diversi studi hanno ottenuto risultati simili, creando raggi traenti su piccola scala.
Nel 2014 un team di ricercatori ha prodotto un raggio traente reversibile capace di spostare per diversi centimetri delle sfere di vetro vuote ricoperte d'oro contro il flusso di un laser.
2016, un'altra ricerca ha impiegato i raggi traenti per muovere cellule batteriche.
Nel 2019, uno studio ha utilizzato raggi traenti per assemblare materiali nanometrici mediante un processo noto come "nanosaldatura fotonica".
Possono sembrare sviluppi di poco conto, ma in realtà offrono un grande potenziale per rivoluzionare moltissimi settori. In campo medico, ad esempio, i raggi traenti potrebbero regalarci interventi chirurgici accuratissimi e minimamente invasivi.
La scienza alla base dei raggi traenti
I raggi traenti funzionano sostanzialmente attraverso il suono, o la luce.
Una serie di studi relativamente recenti ha già dimostrato che esiste una forza in grado di attirare gli oggetti verso un raggio di fotoni.
La ricerca fondamentale è stata condotta nel 2010, seguita da conferme sperimentali nel 2011. Solo pochi mesi fa, nel gennaio 2023, un team di ricerca ha definitivamente dimostrato l'attrazione ottica su oggetti macroscopici, grazie al fenomeno della cosiddetta "diffusione di Knudsen".
Sul piano del suono, invece, lo studio di onde acustiche per manipolare piccole particelle risale addirittura al 1982. Nel 2015, la ricerca ha dimostrato l'uso di raggi traenti basati su ultrasuoni per sollevare e manipolare particelle. Il fenomeno, ne abbiamo parlato qui, è noto come "levitazione acustica".
Possibili utilizzi dei raggi traenti
Attualmente, i raggi traenti sono in fase di ricerca e non hanno applicazioni concrete. Tuttavia, la comprensione della scienza alla base di questa tecnologia suggerisce diverse potenziali applicazioni future.
- Fabbricazione di precisione: col raggio traente potrebbe aiutarci ad assemblare e gestire componenti minuti, migliorando l'efficienza e la precisione nella produzione di prodotti complessi.
- Impieghi biomedici: I raggi traenti potrebbero permettere di spostare materiali di piccole dimensioni in modo non invasivo, favorendo la somministrazione mirata di farmaci e terapie.
- Scienza dei materiali: Il raggio traente potrebbero essere usato per esaminare e manipolare materiali a livello nanometrico e microscopico, portando allo sviluppo di nuovi materiali e applicazioni.
- Esplorazione spaziale: Con raggi traenti più potenti, si potrebbero catturare e manipolare asteroidi o detriti spaziali per prevenire incidenti, raccogliere materiali utili e facilitare l'esplorazione dello spazio in sicurezza.
- Robotica: I robot potrebbero utilizzare i raggi traenti per controllare e manipolare oggetti piccolissimi, aumentando la precisione e l'efficienza delle loro azioni.
- Tutela ambientale: un raggio traente potrebbe contribuire a rimuovere particelle o contaminanti dall'ambiente, come microplastiche negli oceani o inquinanti nell'aria.
- Sicurezza e difesa: Un giorno, i raggi traenti potrebbero essere impiegati per gestire e controllare piccoli oggetti in ambito di sicurezza e difesa, ad esempio per disinnescare esplosivi o neutralizzare droni.
Sfide e limitazioni del raggio traente
Nonostante il grande potenziale dei raggi traenti, è indubbio che ci siano ancora da affrontare diverse sfide, (specie nel campo del raggio traente "ottico" basato sul laser) prima di poterli trasformare in una tecnologia "di massa".
Anzitutto, la dispersione della luce pone problemi di non poco conto. La direzionalità del raggio laser deve essere elevata per applicare una forza mirata sull'oggetto, poiché la luce si disperde in tutte le direzioni. A seconda delle caratteristiche dell'oggetto, come massa e dimensioni, potrebbe essere necessario un laser diverso.
Per gli oggetti macroscopici, poi, la forza di trazione ottica deve aumentare notevolmente, il che implica un aumento di dimensioni, complessità e costo dei dispositivi. La scelta dei parametri diventa quindi molto delicata sia per l'apparecchiatura che per l'oggetto manipolato.
Altro problema del raggio traente "al laser" è il surriscaldamento. Al momento, l'intensità di luce elevata di eventuali "pinzette ottiche" da adoperare in campo medico potrebbe danneggiare i campioni biologici.
Nonostante queste sfide, i raggi traenti offrono numerose opportunità applicative. Con ricerca e sviluppo costanti, potremmo superare questi limiti e spianare la strada a nuove ed entusiasmanti applicazioni.
Immaginate un futuro in cui possiamo manipolare gli oggetti senza alcun contatto fisico, consentendoci di lavorare con materiali pericolosi o sensibili senza il rischio di subire danni. Un futuro in cui (come accaduto per altre tecnologie) riguarderemo un vecchio episodio della saga di Roddenberry e ci sembrerà solo una previsione. E il teletrasporto a che stiamo con quello?
