A Spinoff a Day – Il sensore che fornisce misurazioni nell’ordine dei nanometri

Nel 2012 un gruppo di studenti in Master Business Administration del Rollins College di Orlando partecipò ad un progetto immersivo di esperienza imprenditoriale, con lo scopo di creare una start-up e collaborare con il Kennedy Space Center. La sfida proposta dal KSC agli studenti consisteva nel far loro valutare il potenziale commerciale di una serie di brevetti NASA, e svilupparli.

In questo caso particolare, il brevetto era quello di un sensore creato originariamente per aiutare gli scienziati ad ispezionare le finestre degli shuttle in seguito ai voli, per valutare i danni subiti dall’impatto di micrometeoroidi. L’orbita bassa terrestre ospita una nuvola di detriti, naturali e antropici, la maggior parte dei quali ha una grandezza paragonabile ad un granello di sabbia, con una velocità media di circa 9-10 km/s. Queste particelle possono agire come piccoli proiettili e creare graffi o microcrateri sulla superficie dei velivoli spaziali, incidendo sulle performance degli stessi.

Le finestre degli shuttle, in questo specifico caso, erano parecchio grandi e costituite da un blocco di quarzo dello spessore di 2,5 cm, che dopo ogni volo veniva ispezionato nel dettaglio e riparato. L’ispezione avveniva tramite l’applicazione di una sostanza liquefatta che, indurendosi, fungeva da calco facilmente analizzabile al microscopio. “Per anni questo è stato il miglior metodo a disposizione, o meglio l’unico” spiega il Dr. Robert Youngquist, a capo del Laboratorio di Fisica Applicata al KSC. “Il sistema funzionava, ma non perfettamente come avremmo voluto”. Su richiesta di NASA, il Dr. Youngquist cercò quindi una soluzione alternativa, e ne concepì una che utilizzava un piccolo specchio per tracciare direttamente la superficie di quarzo, anziché utilizzare un calco.

Ottima idea, ma mancava un componente. Youngquist aveva bisogno di un sensore ad alta efficienza energetica, e sufficientemente piccolo, che misurasse il movimento dello specchio con un’accuratezza di un micron (la grandezza delle particelle impattanti). Tale sensore non esisteva sul mercato, perciò decise di costruirne uno. Ciò che ne risultò fu un dispositivo che utilizzava minuscole bobine di cavo che generano un campo magnetico se attraversate da una corrente elettrica. Due induttori fissi sull’altro lato dello specchio generano campi magnetici opposti; quando il terzo induttore, che si sposta con lo specchio, si muove vicino ad uno o all’altro campo magnetico, emette un segnale. In questo modo il team di Youngquist poteva misurare quei minuscoli cambiamenti nel campo magnetico, e convertirli in una misura estremamente accurata delle scalfiture nel quarzo.

Questo brevetto, tra gli altri, arrivò dunque all’attenzione degli studenti del Rollins College, che intuirono di avere fra le mani un dispositivo con potenzialità commerciali enormi. Ecco che, in seguito a test di laboratorio, una campagna pubblicitaria mirata e l’entusiasmo di questo manipolo di giovani, nasce la start-up Juntura Group, che ora costruisce e commercializza questi sensori.

La risoluzione del dispositivo è andata via via migliorando e, nel giro di pochi anni, è cresciuta dai 400 nanometri ai 10 nanometri, lo spessore di una parete cellulare. Immaginatene le potenzialità! L’Istituto di Tecnologia della Florida sta utilizzando una stampante 3D per produrre tessuto umano (cura di ustioni gravi, ad esempio); aziende di robotica possono integrare questi sensori nei componenti degli automi, permettendo di capire in tempo reale se il setup è corretto, se due giunture ritornano esattamente nello stesso posto una volta effettuato il movimento consentendone la ripetibilità.

Ovviamente, essendo l’obiettivo del contest quello di rendere commerciale il brevetto, uno degli scopi principali era l’abbattimento dei costi. Sensori simili al momento sono sul mercato ad un prezzo di ca. 2.000$ per unità; Juntura Group mira a venderli a 500$.

Dalla verifica dei vetri degli shuttle ad un sensore di misurazione con precisione nanometrica © NASA / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Juntura Group [ENG]

Test di laboratorio del sensore Juntura

Presentazione completa powerpoint originale in inglese, traduzione italiana a cura di Veronica Remondini.