Ingrandire le molecole di domani

I materiali sono abilitatori di tecnologia. Per costruire nuovi tipi di auto, aerei e dispositivi a energia rinnovabile, servono nuovi materiali che abbiano proprietà migliori di quelli che usiamo oggi. Noi scienziati dei materiali abbiamo il compito di sviluppare questi tipi di materiali.

Parte del nostro lavoro consiste nel considerare l'intero ciclo di vita dei materiali, valutando come invecchiano durante l'uso e se possono generare difetti che portano a guasti. Per esempio, pensiamo a un aereo: ovviamente non vogliamo avere nessun difetto nei materiali. Noi scienziati miriamo a sviluppare materiali a prova di guasti.

Per ottenere ciò, dobbiamo operare sulla microstruttura dei materiali e dobbiamo anche individuare e sviluppare le proprietà interne. Ecco perché usiamo dei microscopi che ingrandiscono i materiali fino a un milione di volte.

In questo momento l'energia rinnovabile è un argomento fondamentale nella ricerca sui materiali e nell'ingegneria dei sistemi. È la sfida principale che la nostra società deve affrontare nei prossimi due decenni.

Dobbiamo allontanarci dall'energia fossile per passare a fonti energetiche abbondanti, come il vento o la luce del sole. Negli ultimi due anni, per esempio, la Germania ha raggiunto il punto di pareggio, con una produzione di elettricità da fonti rinnovabili che supera quella da fonti convenzionali. Quindi siamo sulla strada giusta. Ma ciò di cui abbiamo urgente bisogno sono dei modi per immagazzinare questa energia in forme diverse, così da poterla usare quando e dove ci serve.

Se consideriamo il consumo globale di energia, ci stiamo rapidamente avvicinando al punto in cui il 20% dell'elettricità è consumata dal funzionamento di computer e server. Se trovassimo un modo per rendere i computer più efficienti dal punto di vista energetico, potete quindi immaginare che impatto avrebbe? Sarebbe un enorme contributo alla risoluzione dei problemi energetici a livello globale. Ora stiamo appena iniziando a entrare nell'era dei computer a basso consumo energetico.

Oggi i mezzi di stoccaggio più diffusi sono le batterie agli ioni di litio. Purtroppo però le risorse di litio della Terra sono limitate. Questo le rende anche abbastanza costose.

Io credo che parte della soluzione risieda nell'uso dell'idrogeno. È l'atomo più piccolo che conosciamo e può penetrare qualsiasi metallo senza nemmeno il bisogno di un elettrone. Gestire l'idrogeno, con tutte le sue proprietà e promesse, è una delle sfide più affascinanti dell'era moderna.

Per rispondere a questa domanda dobbiamo considerare la legge di Moore.

Gordon Moore ha previsto che la velocità di calcolo e il numero di transistor della CPU di un computer sarebbero raddoppiati ogni anno e mezzo o due. In base ai dati finora registrati, si può vedere che ha avuto assolutamente ragione negli ultimi 60 anni. In questo senso, la legge di Moore è stata una guida sorprendente nell'indicarci come si sarebbe evoluto il mondo dei computer negli ultimi anni e decenni.

Noi scienziati abbiamo il compito di lavorare sullo sviluppo dei materiali per la prossima era informatica.

Vi porto un esempio: per circa 60 anni non è cambiato nulla di sostanziale nei principi di funzionamento interni del computer, che si tratti di notebook o di supercomputer. Abbiamo la memoria e l'archiviazione dei dati, che vengono entrambi trasformati su un microchip di silicio ed elaborati dalla CPU.

Ora, una delle aree su cui gli scienziati dei materiali stanno lavorando è lo sviluppo di dispositivi su cui archiviare ed elaborare i dati, che vengono così forniti da un'unica fonte, un singolo chip. Questo lo chiamiamo calcolo neuromorfico. Si tratta di una delle aree più dinamiche nello sviluppo dei materiali.

La parte più interessante del calcolo neuromorfico riguarda il lavoro che stiamo compiendo con gli ossidi. L'ossido di titanio e altri ossidi sono il nuovo silicio: offrono un consumo energetico almeno dieci volte inferiore a quello dei supercomputer di oggi.

I prossimi decenni saranno molto interessanti per lo sviluppo dei computer. Penso che avremo calcolatori tanto piccoli da poterli utilizzare ovunque ci serviranno. Grazie allo sviluppo dei materiali, stiamo entrando in un'era in cui i sistemi informatici sono altamente specializzati nell'esecuzione di compiti specifici.

Le prime sfide tra esseri umani e computer sono state le gare di scacchi. Dato che gli scacchi sono un gioco in cui si può calcolare il risultato finale, non c'è più modo di battere i computer.

Ora la domanda è questa: quanta altra intelligenza può sviluppare un computer? Un computer può forse essere in grado di sviluppare maggiori capacità in aree in cui gli esseri umani sono stati formati dall'evoluzione?

A mio parere, questa potrebbe essere una prospettiva pericolosa. Ma ci stiamo sicuramente avvicinando a questo punto e penso che la tecnologia informatica sarà in grado di raggiungere tali dimensioni nei prossimi due o tre decenni.