A Spinoff a Day – Spettrometri acustico-ottici per applicazioni terrestri

Negli anni ’90 lo scienziato del Jet Propulsion Laboratory Joy Crisp ha supervisionato un progetto per la costruzione di uno spettrometro all’avanguardia che fosse resistente agli urti ma leggero da installare sul lander Champollion dell’Agenzia Spaziale Europea. Concepita nel 1985, la sonda Rosetta è stata lanciata nel 2004 e in questi giorni sta completando la sua missione sulla cometa Churyumov-Gerasimenko.

Il dispositivo, costruito dalla Brimrose Corporation, era uno spettrometro fuori dal comune. Normalmente, infatti, uno spettrometro isola le diverse lunghezze d’onda grazie ad un prisma rotante, e questo sistema richiede un movimento meccanico per ricalibrare le componenti, producendo quindi vibrazioni eccessive per la missione cui sarebbe stato destinato. Lo spettrometro a filtro acustico-ottico, invece, “utilizza un cristallo che risponde a differenti toni sonori” afferma Sudhir Trivedi, direttore del settore ricerca e sviluppo dell’azienda, “perciò cambiando la frequenza del suono è possibile diffrangere la luce in diverse bande luminose senza avere parti in movimento”.

Lander Champollion (concept originario) – Fonte: Wikipedia

A bordo del lander Champollion di Rosetta lo strumento avrebbe dovuto determinare la firma chimica di campioni di materiale prelevati dalla cometa, che avrebbero dato indicazioni sull’origine del sistema solare e dell’universo. Questo sarebbe stato un test per capire se la tecnologia acustico-ottica fosse efficace anche per analizzare la superficie di Marte, in futuro. Tuttavia, nel 1996 fu deciso di non inserire il lander Champollion nella missione e di utilizzare quella parte di budget per il telescopio Hubble, che necessitava di riparazioni.

Lo sviluppo dello strumento era però già in stato avanzato ed erano stati applicati tutti gli accorgimenti del caso come la resistenza alle temperature estreme e alle radiazioni, ed era stato alleggerito del 75% grazie al’utilizzo di metalli più leggeri ed elettronica più compatta.

Durante gli anni in cui l’azienda Brimrose collaborava con il JPL l’uso della spettroscopia nel vicino infrarosso si è diffuso ampiamente, soprattutto in ambito biomedico. Il settore farmaceutico è stato uno dei primi ad adottarlo utilizzando i dispositivi per monitorare gli ingredienti all’interno dei medicinali e verificarne la qualità e l’uniformità. In agricoltura la tecnologia viene ora usata per determinare la qualità dei semi, i produttori di vino e di olio lo usano per analizzare la composizione chimica e la proprietà dell’alimento, ma viene utilizzato anche in medicina per mappare l’attività cerebrale tracciando le concentrazioni di emoglobila per rilevare tumori o malfunzionamenti muscolari. Ciò che ha dato una marcia in più agli spettrometri di Brimrose è stata proprio la robustezza, la dimensione piccola, la leggerezza e l’efficienza energetica. Queste qualità hanno portato al successo dei modelli Luminar, particolarmente apprezzati per la mancanza di parti semoventi e per la capacità di scansionare fino a 16.000 lunghezze d’onda al secondo.

Spettrometri acustico-ottici, dalle comete all’agricoltura © NASA / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Sito dell’azienda Brimrose [ENG]

Il lander Champollion [pdf online – ENG]

Gli spettrometri Luminar [ENG]

Analisi dell’uniformità di diverse sostanze utilizzando lo strumento Luminar