Per quanto ancora necessaria in molti frangenti, la sperimentazione dei farmaci sugli animali è spiacevole e, per di più, non sempre così utile come si vorrebbe: non sempre, cioè, il modello animale rappresenta bene il modello umano. Perciò gli scienziati sono impegnati nella ricerca di alternative, come per esempio l’intestino artificiale sviluppato all’Università di Pisa: un modello di intestino umano ricreato all’interno di un bireattore, dove le cellule dell’intestino vengono coltivate in un ambiente che riproduce non solo il contesto biochimico in cui vivono, ma anche la peristalsi e le sollecitazioni meccaniche a cui sono sottoposte abitualmente, tanto che si organizzano spontaneamente assumendo una struttura che ricorda proprio i villi intestinali. E’ un altro passo verso l’obiettivo dello human on-chip, una sorta di condensato del metabolismo umano in provetta, con cui poter sperimentare i farmaci in vitro senza rischi e in modo sempre più accurato. Ospite Giovanni Vozzi, Prof. del Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione e del Centro di Ricerca "E. Piaggio" dell'Università di Pisa.

Sono chiamate meta-strutture, strutture ingegnerizzate dotate di proprietà particolari che dipendono dalla geometria e dall’architettura interna, e solo in misura minore dai materiali usati per realizzarle. Pensate al cartone da imballaggio: un materiale ottenuto a partire da un materiale flessibile come la carta, eppure rigido grazie all’alternanza di strati piani e ondulati. Le meta-strutture sono qualcosa di ancor più raffinato, legato non alle proprietà statiche - come la capacità di sopportare un peso - ma alle proprietà dinamiche, come per esempio la capacità di isolare dalle vibrazioni o dagli urti. Ed è proprio questo l’obiettivo del progetto R3DEFINE, premiato con un prestigioso ERC Grant. Ospite Riccardo Augello, ricercatore del del gruppo di ricerca MUL2 Politecnico di Torino.

La ricerca sui materiali raramente attira l’attenzione del grande pubblico, eppure è alla base di molte delle innovazioni che stanno cambiando il mondo in questi anni: dal settore energetico alla robotica alla chimica all’elettronica. Questa sera faremo un tuffo in questo mondo andando a Brindisi, al Laboratorio Idrogeno e nuovi vettori energetici dell’ENEA, dove hanno messo punto un nuovo materiale capace di svolgere due funzioni diverse - oggi affidate a componenti distinti - in dispositivi come batterie, fuel-cell ed elettrolizzatori: una semplificazione che potrebbe renderli più economici e semplici da costruire. A rendere ancora più interessante la ricerca c’è che questo materiale è privo di metalli nobili come platino ed iridio. Viene invece ottenuto aggiungendo piccole quantità di metalli comuni a qualcosa che possiamo immaginare come una sorta di feltro composto da fibre sottilissime, ottenute con un procedimento, l’elettrospinning, che ricorda alla lontana il procedimento per fare lo zucchero filato. Ospite Maria Federica De Riccardis, Prima ricercatrice del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili dell’ENEA

Sempre più sensori e altri dispositivi della Internet of things popolano case, uffici e fabbriche: è possibile alimentarli  con la luce artificiale? L’idea di usare il fotovoltaico in ambienti indoor può apparire bislacca e lo sarebbe, se il focus fosse la produzione di energia in sé. Ma non è questo il caso. Il problema è invece come dotare di alimentazione dispositivi che hanno bisogno di pochissima energia per funzionare ma che per essere installati possono richiedere operazioni di cablaggio invasive o anche solo una periodica manutenzione per cambiare le pile. Eccoci allora al progetto VIPER, ideato dalla professoressa Teresa Gatti e finanziato dall’UE con un ERC Grant, mirato a sviluppare una nuova generazione di celle fotovoltaiche capaci di funzionare in modo efficiente con la luce artificiale presente negli ambienti interni, molto diversa dalla luce solare. Ospite Teresa Gatti, Prof.ssa di Chimica per le tecnologie, del Politecnico di Torino.

Trasformare la crusca in lardo: è l’obiettivo di ECOF2AT, progetto finanziato con un ERC Grant ideato dalla professoressa Elena Simone del Politecnico di Torino, la quale si propone di ricavare, da sottoprodotti alimentari come la crusca di riso o i fondi di caffè, alimenti grassi con caratteristiche simili a prodotti tradizionali. Può sembrare strano, ma questi sottoprodotti contengono una certa percentuale di grassi non molto diversi da quelli che si trovano nei prodotti tradizionali, anche se in minore abbondanza, non altrettanto facili da estrarre e bisognosi di qualche aggiustamento. Problemi che ECOF2AT si propone di risolvere. Ce ne parla Elena Simone, professoressa di Ingegneria chimica del Politecnico di Torino.

Nelle giuste condizioni geologiche, è possibile iniettare nelle rocce profonde acqua satura di CO2 e tirare fuori idrogeno. In altre parole, si sequestra l’anidride carbonica e si produce combustibile green in un colpo solo. Si tratta dell'ultima evoluzione di un filone recentissimo della ricerca, nato meno di venti anni fa dalla scoperta di accumuli di idrogeno sotterraneo, detto idrogeno naturale o idrogeno bianco. Da un lato è partita l’esplorazione geologica alla ricerca di questo tipo di giacimenti; dall’altro si è capito come questo idrogeno si genera e che questa produzione può anche essere stimolata e unita al sequestro geologico della CO2. E oggi esistono anche le prime evidenze sperimentali. Ne parliamo con Chiara Boschi, Prima Ricercatrice dell’Istituto di Geoscienze del CNR.

Non dice ancora dov’è, ma dice dove andare a cercarlo: è la prima mappa dell’idrogeno bianco (o idrogeno naturale) in Italia, stilata dall’Istituto di Geoscienze del CNR. Arriva a quindici anni dalla scoperta del tutto casuale dell’idrogeno bianco, che si accumula in particolari condizioni nel sottosuolo e che può essere estratto come qualunque altro gas. Oggi l’idrogeno naturale viene concretamente estratto e utilizzato in un solo luogo al mondo, un villaggio in Mali, e non è ancora chiaro se si tratti di un caso raro o se, come pensano alcuni, potremmo trovarne ingenti riserve. Ma un dato interessante è che queste si troverebbero in contesti completamente diversi, se non opposti a quelli in cui ci si aspetta di trovare petrolio e altri fossili. Il che, paradossalmente, è un vantaggio per territori che ne sono poveri, proprio come l’Italia. Ne parliamo con Chiara Boschi, prima ricercatrice dell’Istituto di Geoscienze del CNR.

Ogni anno nel mondo vengono impiantate quasi mezzo milione di protesi di valvola cardiaca, di cui circa trentamila in Italia. Numeri che ci parlano di una pratica più che consolidata. Allo stesso tempo, nel corso degli ultimi venti anni, le valvole protesi si sono evolute tantissimo. Ora la frontiera è realizzare protesi destinate a dissolversi, lasciando al loro posto una valvola cardiaca nuova di zecca, fatta dalle stesse cellule del paziente, senza problemi di biocompatibilità e in grado di crescere con l'età. Proprio come quella di cui parliamo stasera, ideata a Palermo e finanziata dal National Institutes of Health. Ce ne parla Antonio D'Amore, professore dell'Università Pittsburg e dell'Università di Palermo; group leader della Fondazione Ri.MED.

Ultima puntata dello speciale dedicato al Quantum Day: la dedichiamo a Bitcoin e, più in generale, al rischio che un computer quantistico, da qui a 10 o 20 anni, possa compromettere la sicurezza delle cripto-valute. Finora mai nessuno è riuscito a compromettere la sicurezza della blockchain alla base di bitcoin. Quando pure si sono verificati dei furti di cripto-valute, non sono mai avvenuti hackerando la blockchain, ma sempre rubando chiavi private non sufficientemente ben custodite. Un computer quantistico abbastanza potente potrebbe invece fare proprio questo: hackerare una blockchain e svuotarla. Come abbiamo visto nelle puntate precedenti, esistono forme di crittografia resistenti anche agli attacchi quantistici e nulla vieta di applicarle anche al bitcoin e al mondo delle blockchain. Ma questo solleva, nel caso delle cripto-valute, una serie di problemi pratici e interrogativi filosofici e politici su cui la comunità del bitcoin non ha ancora trovato un accordo. Ne parliamo con Ferdinando Ametrano, amministratore delegato e cofondatore di CheckSig, Insegna a Sec Parigi Bitcoin e Cripto-asset.

Il Quantum Day potrebbe segnare il momento in cui transazioni e dati sensibili saranno a rischio. Come abbiamo visto nelle puntate precedenti, le soluzioni esistono: forme di crittografia, come la cosiddetta Post-Quantum Criptography, che nemmeno i computer quantistici sono in grado di decifrare. Ma introdurre queste nuove procedure in modo sicuro nelle istituzioni, nelle banche, nelle assicurazioni, è un processo che richiede tempo e preparazione. Perciò, anche se per ora non esistono obblighi, c’è già chi si è messo in moto. Ne parliamo con Marina Natalucci, Head of Quantum Computing Observatory del Politecnico di Milano.

Si avvicina il Q-Day, il giorno in cui vedranno la luce i primi computer quantistici abbastanza potenti da essere in grado di rompere le chiavi crittografiche su cui si basa oggi tutta la sicurezza informatica. E se non ci faremo trovare pronti, le conseguenze saranno più che nefaste. Ma il problema è conosciuto da tempo e tutto un armamentario di soluzioni è già pronto o allo studio. La chiamano Post-Quantum Cryptography ed è una famiglia di algoritmi matematici talmente complicati che nemmeno un computer quantistico è in grado di decifrarli. E’ a loro che dovremo affidare la sicurezza dei nostri dati, ma c’è un prezzo da pagare. Ne parliamo con Marco Baldi, professore di Telecomunicazioni presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione dell'Università Politecnica delle Marche.

I ricercatori suonano l'allarme, gli esperti di sicurezza informatica si interrogano, le grandi banche iniziano a prepararsi. Si avvicina il Q-Day, il giorno in cui saranno disponibili i primi computer quantistici in grado di rompere le chiavi crittografiche su cui si basa oggi tutta la sicurezza informatica. Molti ascoltatori ricorderanno il millennium bug e la paura che tutti i sistemi informatici andassero a rotoli allo scattare del nuovo millennio. A livello di previsioni catastrofiche il Q-day ci assomiglia, ma non ha una data precisa. Quello che sappiamo è che fino a un paio di anni fa sembrava una prospettiva remota, ma una serie di scoperte recenti lo hanno avvicinato moltissimo e adesso parliamo di 10 o 20 anni. A essere messe a rischio non saranno soltanto le transazioni future, ma anche molti dati sensibili registrati negli anni precedenti. In questa e nelle prossime puntate, parliamo del Q-day, di cosa aspettarci e di come scongiurarlo. Ospite di questa puntata, Tommaso Calarco, professore di Informatica Quantistica presso l'Università di Colonia e l'Università di Bologna.

Un bambino non impara a parlare perché sente ripetute delle parole milioni di volte, ma perché queste parole sono accompagnate da gesti, sguardi, interazioni di vario tipo. Se volete insegnare a un bambino cos’è la Luna la indicate e dite “Luna”, non gli leggete migliaia di frasi che contengono la parola “Luna”. Invece, i Large Language Model come ChatGpt o Claude imparano così. Funziona, ma a un prezzo salato: consumi energetici elevatissimi, il bisogno di enormi masse di dati per addestrare gli algoritmi, una sostanziale opacità degli stessi, allucinazioni, ecc. Sviluppare una nuova generazione di agenti di Intelligenza Artificiale che imparano l’uso del linguaggio in modo più simile a come  fanno gli esseri umani è l'obiettivo di CLIMB, progetto ideato da Alessandro Lenci, professore ordinario di Linguistica presso il Dipartimento di Filologia, Letteratura e Linguistica dell’Università di Pisa, che si è per questo aggiudicato un ERC Advanced Grant da 2,5 Milioni di Euro. Sentiamo cosa ci racconta.

È possibile usare i muri di casa come una batteria? Il problema di come far fronte alla discontinuità di fonti quali fotovoltaico ed eolico, riguarda sia il sistema energetico nel suo complesso sia molti edifici dotati di pompe di calore e di impianti fotovoltaici. Le batterie elettrochimiche sono la soluzione per antonomasia a questo problema, ma non l’unica. Una ricerca finanziata dal MASE e pubblicata lo scorso giugno su Energy and Buildings, ad opera di un gruppo di ricercatori di ENEA, Politecnico di Milano e Università di Bergamo, ha mostrato come un uso intelligente delle pompe di calore e della naturale inerzia termica degli edifici, sovra-riscaldandoli o sotto-raffreddandoli al momento opportuno, permette di spostare, quasi a costo zero, fino all’80% dei picchi di consumo negli orari in cui sono più disponibili sole e vento. Ce lo racconta Paolo Zangheri, ricercatore di ENEA.

Oltre a rovinarci l’umore, la zanzara tigre, specie aliena che ha invaso l’Italia e di cui volentieri faremmo a meno, può trasmettere malattie tropicali gravi. Lo scorso luglio, per la prima volta in Europa è stata sperimentata su larga scala la Tecnica del Maschio Incompatibile, una strategia di controllo della zanzara tigre e di altri insetti dannosi in grado di ridurre la fertilità delle femmine in modo naturale, grazie all’utilizzo di Wolbachia, un batterio innocuo per l’uomo e presente in gran parte degli insetti. Infettando, infatti, il ceppo giusto di Wolbachia a un numero sufficiente di maschi di zanzara e liberandoli in natura, è possibile sterilizzare gran parte delle uova di zanzara delle generazioni successive. La campagna è stata condotta presso il Centro Ricerche ENEA Casaccia (Roma) in collaborazione Google LLC (progetto Debug) e Sapienza Università di Roma e ha ridotto di oltre il 90% la capacità riproduttiva della zanzara tigre. Ne parliamo con Riccardo Moretti, primo ricercatore del Laboratorio Agricoltura 4.0 di ENEA.

Uno studio internazionale pubblicato su Science ha proposto un metodo per usare la CO2 in una delle più importanti e comuni reazioni nell’industria chimica: la produzione di alcheni, molecole di partenza per vari intermedi chimici, farmaceutici e materiali avanzati. Trovare un utilizzo pratico per la CO2 anziché spedirla in atmosfera, è un filone di ricerca tra i più gettonati dai chimici, specialmente da un paio di decenni a questa parte. Le piante, dopotutto, usano la CO2 atmosferica come materia prima dalla notte dei tempi, ma anche noi umani stiamo facendo progressi. Ne parliamo con Gianvito Vilé, professore di Processi Chimici al Politecnico di Milano.

Da anni, il laboratorio Bioinspired Soft Robotics dell’IIT - una delle culle mondiali della soft-robotics - lavora a un braccio robotico morbido ispirato a quello del polpo, e recentemente ne ha messo a punto uno, dotato di ventose che integrano sensori in grado di conferire al tentacolo robotico la capacità di manipolare autonomamente gli oggetti sulla base del tatto: descritto in un articolo pubblicato su Nature Machine Intelligence, è uno dei primi esempi al mondo di manipolatore robotico di questo tipo. Ce ne parla Barbara Mazzolai, Associate Director per la Robotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia e fondatrice del laboratorio Bioinspired Soft Robotics.

C’è una tendenza sempre più evidente nel mondo dell’IA: tenersi quanto più possibile i dati in casa. Per alcuni soggetti - pensiamo al mondo delle banche piuttosto che della sanità o della difesa - è imprescindibile; per altri è comunque consigliabile: basti pensare al rischio di furto di proprietà intellettuale o di segreti industriali. Meglio, dunque, avere i dati in locale e così anche gli agenti di IA. In altre parole, a ognuno la sua IA. Oggi il bisogno di mantenere il controllo e la riservatezza dei propri dati critici sta emergendo in modo piuttosto chiaro ed è alla base di molti iniziative di ricerca e imprenditoriali. Parliamo in qiesto caso di Astramind, una start-up che ha messo a punto un ecosistema di strumenti di IA proprietari che permettono a un’azienda di farsi e gestirsi la propria IA. Ce lo racconta Lorenzo Cabras, socio e Chief Marketing Officier di Astramind.

Una fabbrica mobile per assemblare grandi impianti fotovoltaici, altamente automatizzata. È un esempio di robotica applicata al mondo dell’energia, ma soprattutto un caso abbastanza raro di robotica applicata in un ambiente non pernsato per ospitare la presenza di robot. La soluzione, che si chiama Hyperflex, è stata messa a punto da Comau, una delle aziende più note al mondo nella robotica industriale, che ha da poco concluso di sperimentarla in un test su piena scala per realizzare circa 5MW di un impianto da oltre 100MW della EDP in Spagna. È costituita da un impianto automatizzato abbastanza compatto da entrare in un container, in grado di assemblare moduli fotovoltaici e strutture di sostegno, e da un rover che prende i pannelli pre-assemblati e li porta nel punto esatto di installazione. L’obiettivo è di ridurre tempi e costi, ma anche di evitare agli operai il grosso del lavoro pesante richiesto dalla realizzazione di queste infrastrutture energetiche. Ne parliamo con Giovanni di Stefano, responsabile del Dipartimento di Robotica Avanzata di Comau.

Per anni gli scienziati si sono chiesti se fosse possibile utilizzare in modo pratico i computer quantistici per potenziare il machine learning, il processo attraverso il quale le reti neurali alla base dell’Intelligenza Artificiale vengono addestrate partendo dai dati. C’era molto scetticismo al riguardo, perché un processo di questo tipo sembrava richiedere computer quantistici enormi. Oggi un team del California Institute of Technology ha dimostrato che, a certe condizioni, i computer quantistici possono processare dati a un costo inferiore, per unità di memoria impiegata, a quello di qualunque computer tradizionale. Il trucco per riuscirci ricorda la differenza che esiste tra scaricare in memoria un intero film o riceverlo in streaming un fotogramma alla volta. Ne parliamo con Tommaso Calarco, professore dell'Università di Colonia dal 2018 e dell'Università di Bologna.

Questa sera vi portiamo al Centro alimenti e nutrizione del CREA, per parlare di stampa in 3D degli alimenti. Nel settore dell’industria alimentare e delle preparazioni gastronomiche, la stampa 3D apre nuove possibilità creative e un controllo di precisione sui valori nutrizionali e sulle consistenze che permette di rispondere a molte esigenze speciali: dallo sportivo, a chi soffre di disturbi della deglutizione. Inoltre può valorizzare alcuni sottoprodotti alimentari di alto valore nutrizionale, che senza soluzioni innovative sono destinati a diventare scarti. Tutto dipende dagli “inchiostri”: così vengono chiamati in gergo i preparati che la stampante deposita. Ce lo racconta Valeria Turfani, prima ricercatrice del Centro alimenti e nutrizione del CREA.

Due puntate per chiudere il nostro viaggio a tappe nel mondo dei materiali per la stampa 3D, a qualche anno dal momento di hype, in cui pareva che la stampa 3D avrebbe sostituito tutto. Prevedibilmente non è quello che è successo, e tuttavia le tecnologie additive sono ormai entrate a pieno titolo nei processi industriali. Il loro successo dipende in larga parte anche dallo sviluppo dei materiali da stampa. E dopo aver parlato di materiali per la stampa 3D in metallo e in ceramica, parliamo di materiali compositi, i più noti dei quali sono la fibra di vetro e la fibra di carbonio. Ancora una volta cerchiamo di capire qualcosa di più di questi materiali e di come vengono prodotti e utilizzati. Ma la parola chiave è "leggerezza". Ne parliamo con Massimo Messori, professore di Scienza e Tecnologia dei Materiali al Politecnico di Torino e cofounder della startup MAT3D.

Torniamo sul difficile percorso di decarbonizzazione degli autotrasporti pesanti, per parlare del progetto H-DUAL, il cui obiettivo è sperimentare una tecnologia dual-fuel che integra idrogeno e Hydrotreated Vegetable Oil (HVO), un biocombustibile con caratteristiche del tutto analoghe al diesel. Il Politecnico di Milano ha svolto le prime simulazioni e i risultati sono molto incoraggianti: fino al 30% del combustibile liquido può essere sostituito da idrogeno senza modifiche al motore, abbattendo emissioni inquinanti e di CO2. E lavorandoci, si può fare anche di meglio. Ce ne parla Tommaso Lucchini, professore di Motori a Combustione Interna del Politecnico di Milano.

Si chiama acciaio maraging: è una lega di ferro, cobalto nichel e molibdeno, e costa una fortuna. Lo si trova nel mondo dell’aeronautica e dei motori, nelle migliori mazze da golf e nelle spade da scherma. In questa puntata andiamo a Pisa per parlare di una collaborazione tra l’ateneo Pisano e la Federazione Italiana di scherma, per sviluppare attività di ricerca nel settore dei materiali e delle attrezzature schermistiche con l’obiettivo, soprattutto, di rendere più accessibile questo sport, trovando alternative più economiche alle attuali senza sacrificare prestazioni e la sicurezza. E se possibile, migliorandole. Ne parliamo con Renzo Valentini, professore di Metallurgia all’Università di Pisa.