Nessun nanoprodotto senza le nanofabbriche

Le nanotecnologie rappresentano una delle promesse tecnico-scientifiche più affascinanti del nostro secolo e stanno assumendo una crescente popolarità. Grazie alla possibilità di progettare e produrre nel nanospazio potrebbe essere possibile realizzare motori così piccoli da risultare invisibili, ma capaci di alimentare un cuore artificiale o un pc portatile, e robot della dimensione di una cellula che possono circolare nel nostro flusso sanguigno e provvedere a riparare un tessuto. Con gli stessi principi, potremmo realizzare delle vernici e dei film polimerici capaci di comportarsi come schermi al plasma per garantire l'invisibilità ottica di un mezzo militare, per rivestire i tetti delle case e produrre energia fotovoltaica a costo praticamente nullo, per cambiare colore alle nostre automobili senza riverniciarle e per minimizzarne l'inquinamento visivo quando parcheggiate.

Tuttavia, non possono esistere nanoprodotti se non investiamo significativamente nelle nanofabbriche. Per capire in cosa consiste la rivoluzione nanotecnologica, bisogna immaginare una trasformazione radicale nei processi di progettazione e produzione industriale. La seconda parte del secolo scorso è stata caratterizzata dalla ricerca costante di riduzione delle dimensioni degli oggetti secondo il principio della miniaturizzazione, dall'infinitamente grande all'infinitamente piccolo. Il limite tecnologico implicito nella miniaturizzazione è che oltre certe soglie dimensionali non abbiamo utensili per asportare materiale e assemblare fisicamente gli oggetti. Ad esempio, la microelettronica si basa sulla capacità di imprimere l'immagine di un numero molto elevato di chip su un wafer di silicio, da cui poi i chip stessi vengono asportati. La fotolitografia richiede un fascio di luce che, per quanto piccolo, deve avere una dimensione minima, imprimere un'immagine e guidare il taglio del materiale in eccesso. È proprio la difficoltà di ridurre ulteriormente la dimensione di questo fascio di luce a rappresentare il limite fisico alla cosiddetta legge di Moore, che teorizzava la capacità di dimezzare ogni diciotto mesi le dimensioni di un chip a parità di prestazione.

Le nanotecnologie operano nel senso inverso. Secondo Feynman, il primo fisico teorico a concepire il nanospazio nel 1959, non esiste nessuna legge della fisica che impedisce di costruire oggetti partendo dall'infinitamente piccolo e risalendo verso l'infinitamente grande. In realtà, ciò che impedisce di progettare e produrre in uno spazio di 0,1 fino a 100 nanometri è l'assenza di tecnologie produttive idonee e a basso costo.

Il primo ostacolo "manifatturiero" concerne l'impossibilità di vedere il nanospazio. Un nanometro, per provare a capire, corrisponde infatti a un miliardesimo di metro. Si tratta quindi di progettare in uno spazio mille volte più piccolo di quello di riferimento della microelettronica, che si muove nell'intorno del micron (un milionesimo di metro) e di immaginare di concepire macchine larghe come il nostro Dna (circa 2,5 nanometri)! Per sopperire a tale difficoltà è necessario quindi progettare e sviluppare tecnologie di imaging, che consentano di visualizzare le scale nanometriche e simulare le manipolazioni degli atomi. Il secondo ostacolo consiste nella progettazione e nella realizzazione di tecnologie per l'assemblaggio degli atomi e dei nanomateriali, che non possono basarsi sugli stessi principi della miniaturizzazione top-down. La tecnologia costruttiva, nel caso bottom-up, deve quindi basarsi sui principi della chimica e della biologia e sulle proprietà fisiche di tali nuovi materiali. Pertanto, mentre già i primi nanomateriali cominciano ad affacciarsi sul mercato, molta ricerca ancora deve essere condotta e molte innovazioni devono essere generate, non solo nell'applicazione delle nanotecnologie ai prodotti che oggi conosciamo, ma anche nei processi e nelle metodologie di progettazione e produzione industriale.