Un team di ricercatori ha costruito la radio più piccola del mondo a partire da un nanotubo di carbonio. Il nanotubo, situato tra due elettrodi, svolge le funzioni di tutte le principali componenti elettriche di una radio, comprese quelle di sintonizzatore e amplificatore. Agisce sulla sintonia attraverso un segnale radio e produce audio tramite una cassa esterna. Non è ancora chiara l’applicazione pratica di questa radio, ma è certo che il dispositivo potrà essere impiegato nella realizzazione di sensori biologici e ambientali. I ricercatori sono attualmente impegnati nello sviluppo di sensori microelettromeccanici (MEMS) destinati a misurare il livello dello zucchero nel sangue o i marker oncologici nell’organismo.
Invece di utilizzare un tag di identificazione a radiofrequenza delle dimensioni di un francobollo, gli esperti intendono inserire nel sensore MEMS un nanotubo radio per poi iniettarlo direttamente nel sangue, spiega Alex Zettl, fisico sperimentale dell’Università della California a Berkeley, responsabile del progetto di sviluppo del nanotubo radio. Una volta iniettato nel corpo, il dispositivo garantirebbe la comunicazione wireless tra i minuscoli sensori biologici e il monitor esterno. Per far ciò, però, il nanotubo radio dovrebbe agire anche da trasmittente. Al momento è configurato solo come ricevente ma, precisa Zettl, “la stessa struttura fisica può funzionare anche come trasmettitore”.
Il nanotubo radio funziona in modo diverso rispetto a una radio tradizionale. Le radio tradizionali si compongono di quattro parti funzionali fondamentali: un’antenna, un sintonizzatore, un amplificatore e un demodulatore. Le onde radio che si riversano su un’antenna generano corrente elettrica a varie frequenze. Quando si seleziona una stazione, il sintonizzatore filtra tutte le frequenze tranne una. I transistor amplificano il segnale, mentre il demodulatore, generalmente un rettificatore o un diodo, separa i dati – musica o altro tipo di audio – che sono stati codificati su un “trasmettitore” a onda elettromagnetica.
Il team di Zettl ha usato un singolo nanotubo di carbonio per svolgere tutte queste funzioni. In virtù delle loro proprietà elettriche uniche, i nanotubi al carbonio sono stati utilizzati in passato per realizzare componenti elettroniche come diodi, transistor e rettificatori. “Scoprire che tutto poteva essere incorporato nello stesso nanotubo è stata una rivelazione”, commenta Zettl.
Il nanotubo viene ottenuto a partire da una superficie di tungsteno, che funge da elettrodo negativo. L’estremità del nanotubo al carbonio è caricata negativamente. Tra il nanotubo e l’elettrodo positivo di rame c’è un vuoto. I ricercatori usano una batteria esterna per applicare un voltaggio tra i due elettrodi. Gli elettroni saltano dall’estremità negativa del nanotubo all’elettrodo positivo, creando una cosiddetta corrente a emissione di campo.
Zettl spiega che “il nanotubo non si comporta da antenna nel senso convenzionale del termine”. Ciò vuol dire che, invece di catturare le onde elettromagnetiche elettricamente, le raccoglie in maniera meccanica. Ciò dipende dalla frequenza di risonanza naturale del nanotubo. Appena incontra delle onde radio che corrispondono a tale frequenza, il nanotubo inizia a vibrare all’unisono con le onde, sintonizzandosi su quel segnale radio. Le vibrazioni del nanotubo alterano la corrente a emissione di campo, e le vibrazioni meccaniche vengono convertite in un segnale elettrico. Una batteria esterna alimenta la corrente a emissione di campo e amplifica il segnale radio. L’emissione di campo è per sua natura asimmetrica e permette alla corrente di fluire in una sola direzione, allo stesso modo dei diodi e rettificatori impiegati nei demodulatori. Quindi il nanotubo funge anche da demodulatore e registra la musica codificata sull’onda trasmittente.
Per sintonizzare una stazione diversa, i ricercatori cambiano la frequenza di risonanza del nanotubo, variando il voltaggio applicato tra gli elettrodi. “È come accordare una chitarra”, spiega Zettl. “Il campo elettrico tende il nanotubo”. Con un singolo nanotubo, gli esperti riescono a coprire l’intera banda radio Fm.
Cees Dekker, nanotecnologo della Delft University of Technologym in Olanda, definisce la nuova radio “una dimostrazione affascinante del fatto che dispositivi elementari possono essere impiegati nei nostri strumenti quotidiani. Resta ancora da vedere se l’invenzione potrà essere sfruttata o meno nei sensori”, aggiunge, “ma per ora anche la sola dimostrazione è un ottimo punto di partenza”.