Ricerche

“Chiamo il nostro mondo Flatlandia, non perché sia così che lo chiamiamo noi, ma per renderne più chiara la natura a voi, o lettori beati, che avete la fortuna di abitare nello spazio”. Così scriveva Edwin A. Abbot ('Flatlandia', Feltrinelli) nel lontano 1882, raccontando la vita in un mondo a due dimensioni e mostrando le consuetudini di una società che apparirebbe a noi abitanti del mondo tridimensionale quanto meno bizzarra.

Quello che potrebbe sembrare solamente un racconto di fantasia diviene ai nostri giorni quasi una profezia, dal momento che sono stati assegnati tre premi Nobel per la Fisica a David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane e J. Michael Kosterlitz per “aver fatto luce su strani stati della materia (in due dimensioni)”.

Come scriveva Abbot, la realtà fisica in due dimensioni è molto diversa da quella che osserviamo nel mondo attorno a noi. In Flatlandia prendono vita nuovi stati della materia che possono essere spiegati solamente dalle leggi della meccanica quantistica. E queste fasi quantistiche sono oggi oggetto di una intensa ricerca, allo scopo di sviluppare nuovi dispositivi elettronici, in grado, si spera, di avere un forte impatto sulla vita quotidiana.

I sistemi bidimensionali devono il loro comportamento unico alla combinazione di statistica quantistica, forte correlazione tra le particelle, dimensionalità e topologia. Questi tre ingredienti sono tutti fondamentali, ma allo stesso tempo difficili da controllare nei sistemi convenzionali. Innanzitutto il numero di gradi di libertà di un sistema elettronico reale è gigantesco.

I neuroni specchio sono una delle più importanti scoperte scientifiche dgli ultimi vent'anni, una scoperta che ha cambiato il nostro modo di comprendere l'interazione tra gli essere umani (e tra gli animali), e che in un certo senso ha provato scientificamente il passo del poeta John Donne “nessun uomo è un isola”...

Ma come funzionano? Che implicazioni hanno per la nostra vita quotidiana? E per la nostra vita interiore?

I neuroni specchio sono una tipologia di neuroni la cui esistenza è stata rilevata per la prima volta verso la metà degli anni '90 da Giacomo Rizzolatti e colleghi presso il dipartimento di neuroscienze dell'Università di Parma. Utilizzando come soggetti sperimentali dei macachi, questi ricercatori osservarono che alcuni gruppi di neuroni si attivavano non solo quando gli animali erano intenti a determinate azioni, ma anche quando guardavano qualcun altro compiere le stesse azioni.

Studi successivi, effettuati con tecniche non invasive, hanno dimostrato l'esistenza di sistemi simili anche negli uomini. Sembrerebbe che essi interessino diverse aree cerebrali, comprese quelle del linguaggio.

I neuroni specchio permettono di spiegare fisiologicamente la nostra capacità di porci in relazione con gli altri.

Le leghe a memoria di forma sono materiali dalle caratteristiche sorprendenti in alcuni regimi di temperature sono elastici come le gomme, possono cioè essere fortemente deformati e comunque recuperare la forma originale una volta che il carico meccanico venga rimosso; in altri regimi di temperatura le deformazioni invece permangono dopo la rimozione del carico meccanico; tuttavia il materiale recupera la forma iniziale se sottoposto a un ciclo di riscaldamento e raffreddamento opportuno.

Alcune leghe metalliche a memoria di forma sono inoltre ferromagnetiche: deformazioni anche importanti possono essere attivate a distanza mediante l'imposizione di un campo magnetico. Questi straordinari effetti sono alla base dell'enorme interesse per questi materiali, che trovano applicazione in ambiti anche molto distanti, tra cui sensoristica, antisismica e aerospaziale. Un contesto di grande rilevanza che vede un massiccio impiego delle leghe a memoria di forma è la biomeccanica, dalle protesi vascolari alle guide medicali, fino agli apparecchi ortodontici.

Il progetto BioSMA si è concentrato sulla possibilità di modellizzare matematicamente alcuni aspetti del comportamento dei materiali a memoria di forma tutt'ora poco compresi e di grande rilevanza applicativa. Ci si è occupati della modellazione dell'accoppiamento degli effetti meccanici e termoelastici, dei fenomeni di fatica e danneggiamento e dell'effetto ferromagnetico.