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La polvere intelligente rileva le armi biologiche
Hai mai notato la lucentezza su un'ala di scarabeo? Se sì, probabilmente sei rimasto colpito dalla sua insolita iridescenza. Nonostante ciò che vede il tuo occhio, tuttavia, quel colore non è naturale. I coleotteri non hanno pigmenti, afferma Michael Sailor, professore nel dipartimento di chimica e biochimica dell'Università della California, a San Diego. Invece, spiega, il colore è prodotto da altre due proprietà: l'interferenza ottica - lo stesso fenomeno dietro i colori negli arcobaleni e nelle bolle di sapone - e strutture elaborate nella superficie dell'ala.
Imitando artificialmente questo fenomeno, Sailor intende creare qualcosa di più degli arcobaleni. Con i finanziamenti della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), sta lavorando per trasformare le nanoparticelle imbevute di colori iridescenti in impronte digitali che possono essere aggiunte a esplosivi e altre sostanze chimiche, rendendo possibile risalire a una bomba o una droga illegale a un singolo produttore . Sta anche lavorando per fare in modo che le particelle riflettano i colori caratteristici quando incontrano agenti patogeni specifici nell'aria o nell'acqua, per creare un sensore usa e getta economico per rilevare armi chimiche e biologiche.
Per produrre le particelle, che Sailor chiama polvere intelligente, crea prima un filtro per la luce sulla superficie di un wafer di silicio delle dimensioni di un quarto. Mette il wafer in una soluzione conduttiva e poi lo corrode elettrochimicamente con una corrente alternata. Sailor dice, mentre [la corrosione] penetra nel silicio, si strozza e si riapre, poi si strozza e si riapre. Il risultato è una rete delicatamente incisa di pori paralleli di circa due nanometri di diametro. Usando vibrazioni ultrasoniche, Sailor poi sbriciola il wafer in particelle della larghezza di un capello.
Quando disperse nell'aria o nell'acqua, le normali particelle di polvere diffondono la luce in ogni direzione. Ma quando illuminata con un laser, spiega Sailor, la polvere intelligente appare molto diversa. Otterrai questa lunghezza d'onda della luce nitida e molto precisa per un dato angolo che entra e rimbalza su quella superficie, dice. I colori che ne risultano sono incredibilmente vibranti, forti e altamente riflettenti. Variando la corrente, la durata del processo e la composizione della soluzione, Sailor può creare filtri che producono milioni di colori specifici. Ogni colore è determinato dall'indice di rifrazione di quegli strati complessi nel silicio. Sailor dice che l'indice di rifrazione è come un codice a barre che un laser può leggere per determinare la composizione della polvere.
Il lavoro di Sailor ha catturato l'interesse di DARPA a causa delle sue applicazioni sul campo di battaglia e antiterrorismo. Le particelle potrebbero essere applicate come tag a determinati materiali per la fabbricazione di bombe, in modo che quando una bomba esplode, gli investigatori possono scansionare una scena del crimine per le specifiche particelle di polvere intelligente. La maggior parte del materiale utilizzato nelle attività terroristiche viene deviato da scopi legittimi, afferma Sailor. Se diversi produttori incorporassero polvere intelligente codificata in modo univoco, il tipo di polvere trovato sulla scena della bomba indicherebbe dove sono stati acquistati i materiali della bomba e fornirebbe un indizio sull'identità dei terroristi che hanno fabbricato la bomba.
Tattiche simili possono essere utilizzate per rintracciare materiali utilizzati per creare droghe illegali. Sailor afferma che rivenditori e produttori illegali acquistano i cosiddetti precursori da magazzini chimici legittimi. Se quegli agenti fossero trattati con polvere intelligente codificata in modo diverso, dice che risalire al farmaco fino al magazzino originale e poi all'acquirente sarebbe molto più semplice.
Mentre la polvere intelligente può fungere da impronta digitale chimica unica, potrebbe essere ancora più utile come sensore, afferma Sailor. Questo perché le particelle possono riflettere la luce in modo diverso in presenza di determinate sostanze chimiche, un cambiamento che può identificare contaminanti chimici e biologici, inclusi inquinamento e armi biologiche.
Come dimostrazione, Sailor ha codificato la polvere per rilevare l'MTBE, un additivo nella benzina. L'MTBE non viene distrutto biologicamente, dice Sailor, quindi una volta che entra nel terreno, rimane lì e può facilmente finire nell'acqua potabile. Una società chiamata Trex Industries ha autorizzato il processo e sta sviluppando la tecnologia per monitorare inquinanti e pesticidi.
Agenti nervini tossici come il Sarin, la sostanza chimica utilizzata nell'attacco alla metropolitana di Tokyo condotto dal culto Aum Shinrikyo, sono particolarmente sensibili alla polvere intelligente. Poiché i pesticidi come il DDT sono chimicamente simili ai gas nervini, Sailor afferma che anche le particelle possono essere preparate per rilevarli.
La polvere intelligente può essere distribuita in diversi modi. Per le applicazioni ambientali, Sailor afferma che la polvere può essere spruzzata sui muri o inserita nella vernice che ricopre le superfici. La superficie trattata si illuminerebbe quindi quando, ad esempio, i vapori di gas raggiungono livelli indesiderati nell'aria intorno a un impianto di lavorazione del petrolio. Negli scenari di combattimento, dice che sarebbe facile dipingere le ali di [un drone] con la polvere, farlo volare attraverso l'aria che potrebbe essere carica di agenti nervini e colpirlo con un laser da una distanza di sicurezza. In situazioni terroristiche come il World Trade Center, Sailor afferma che i robot potrebbero essere dipinti con la polvere, dotati di una telecamera di autocontrollo e inviati in un edificio distrutto per rilevare perdite di gas naturale. Una tattica simile potrebbe essere utilizzata per rilevare agenti mortali come l'antrace che potrebbero aver contaminato un edificio.
Attualmente la polvere non può essere rilevata dai laser a più di 25 metri di distanza. Questo non è un problema per le applicazioni ambientali, ma è un grosso ostacolo per l'uso sul campo di battaglia. Quindi Sailor e il suo team stanno lavorando per rendere rilevabile la polvere da un chilometro o più e dicono che potrebbero riuscirci entro un anno. Stanno anche lavorando per garantire che la polvere intelligente conservi le sue proprietà in condizioni esterne difficili o anche attraverso un'esplosione. Se ci riuscirà, Sailor avrà creato il pacchetto completo: polvere che è intelligente e difficile.