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Fibre intelligenti
I laser ad alta potenza, serpeggiati attraverso il corpo all'interno di sottili fibre ottiche, possono bruciare rapidamente e con precisione i tumori che rivestono l'esofago, l'intestino o i bronchi. Ma c'è un rischio: se le pareti della fibra si guastano, il raggio di luce laser può fuoriuscire e danneggiare i tessuti sani.
Ora il ricercatore del MIT Yoel Fink, professore associato di scienza dei materiali, e lo scienziato ricercatore del MIT Mehmet Bayindir hanno ideato fibre ottiche che sono cablate con la propria elettronica sensibile al calore, che può essere utilizzata per monitorare i difetti in via di sviluppo mentre il laser è in uso - nel tempo per spegnerlo prima di un guasto. *
Questa sensibilità potrebbe prevenire danni potenzialmente enormi agli organi sani, afferma Henry Du, ricercatore di fibre ottiche e capo dell'ingegneria chimica, biomedica e dei materiali presso lo Stevens Institute of Technology di Hoboken, nel New Jersey.
Questo è uno dei pochi esempi di bella ricerca universitaria tradotta in applicazioni in cui è stata fatta un'enorme differenza nell'assistenza sanitaria, afferma Du.
Il rilevamento dei guasti, specialmente con l'alta potenza, dove devi spegnerlo se fallisce, è assolutamente una buona idea, concorda il fisico della Rutgers University Jim Harrington, ex presidente della International Society for Optical Engineering.
Le fibre ottiche con elettronica integrata potrebbero essere rese sensibili non solo al calore, come nelle applicazioni laser, ma anche alla luce, alle vibrazioni e forse alle sostanze chimiche, afferma Fink. Più lontano in futuro, le fibre intelligenti, in grado di rilevare, elaborare le informazioni e archiviare i dati, potrebbero essere tessute in tessuto.
Le fibre di Fink incanalano un laser ad alta potenza attraverso un nucleo cavo rivestito con uno specchio di alta qualità. Per rilevare le rotture incipienti, i ricercatori del laboratorio di Fink hanno circondato lo specchio con un materiale semiconduttore la cui conduttività elettrica cambia con la temperatura. Questi cambiamenti di conduttività possono essere rilevati da fili metallici che percorrono la lunghezza della fibra. Quando la conduttività cambia bruscamente, i fili segnalano il guasto e un controller può spegnere automaticamente il laser.
Per fabbricare le fibre, che sono spesse poco più di un millimetro, Fink inizia con una preforma cilindrica che ha l'esatta geometria della fibra completata, ma è molto più spessa. Questa forma viene quindi riscaldata ed estratta in una fibra molto più lunga e sottile. Una preforma lunga 30 centimetri può formare una fibra lunga un chilometro.
La sfida nella produzione della fibra, afferma Fink, era trovare o realizzare materiali che potessero essere fusi e stirati senza separarsi.
Finora, il gruppo ha solo dimostrato che la fibra di auto-monitoraggio funziona con lunghezze d'onda della luce nel medio infrarosso. Le applicazioni future, come i trapani laser per applicazioni odontoiatriche oi laser per la polimerizzazione della resina epossidica, dovranno utilizzare lunghezze d'onda diverse.
Altri laser ad alta potenza, come quelli utilizzati per tagliare e saldare il metallo nella produzione automobilistica, richiederanno fibre in grado di gestire molta più potenza di quelle attuali, afferma Fink.
Ma le attuali applicazioni sono abbastanza promettenti, secondo Du. Non ho dubbi che le fibre avranno successo e saranno ampiamente adottate, dice.
* Questa storia è stata cambiata lunedì 21 novembre 2005. In origine, questa frase diceva: Ora il ricercatore del MIT Yoel Fink, professore associato di scienza dei materiali, ha ideato fibre ottiche che sono cablate con la propria elettronica sensibile al calore, che può essere utilizzata per monitorare lo sviluppo di difetti mentre il laser è in uso, in tempo per spegnerlo prima di un guasto. In effetti, il lavoro, svolto nel laboratorio di Yoel Fink, è stato concepito e avviato dal ricercatore del MIT Mehmet Bayindir.