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La stampa 3D apre nuove strade nella tecnologia dei sensori

La capacità di stampare minuscoli sensori ottici potrebbe trasformare la diagnostica per immagini e la progettazione di automobili.

Salute

La stampa 3D, in cui un materiale viene aggiunto strato per strato, è una tecnica in grado di creare forme geometriche complesse in maniera rapida ed efficiente. Un campo tecnologico dove questo metodo industriale ha un enorme potenziale è quello dei sensori ottici. «I sensori ottici sono ovunque al giorno d’oggi», spiega Harald Giessen, coordinatore del progetto 3DPRINTEDOPTICS e docente di fisica sperimentale presso l’Università di Stoccarda in Germania. «Si trovano nelle fotocamere degli smartphone, nelle automobili e nei dispositivi di diagnostica per immagini, come gli endoscopi». Tuttavia, le dimensioni restano un fattore limitante per tutte queste applicazioni. Si è dimostrato estremamente difficile fabbricare sensori micro-ottici efficaci molto più piccoli di 1 mm senza sacrificarne le prestazioni. Proprio qui entra in gioco la stampa 3D. «Nel corso di un precedente progetto finanziato dall’UE abbiamo inventato la stampa 3D per micro e nano-ottiche di dimensioni minuscole», aggiunge Giessen. «Ha funzionato molto bene. Quando i nostri risultati hanno iniziato ad attirare l’attenzione, abbiamo riflettuto se fosse possibile portare questa tecnologia nel settore industriale e avviare una start-up». Questa è stata l’ispirazione per il progetto 3DPRINTEDOPTICS. Giessen e il suo team si sono concentrati sul perfezionamento del processo produttivo di prototipi di micro-ottica flessibili, grandi meno di un millimetro. Essi vengono fabbricati indirizzando con molta precisione un laser, che dà forma a strutture minuscole e complesse. Le micro-ottiche finite, che possono raggiungere dimensioni molto inferiori alla capocchia di un fiammifero, possono poi essere posizionate sulla punta di un sensore di immagine o a fibra ottica.

Identificare la domanda del settore

Le aziende produttrici di apparecchiature mediche sono uno dei principali utenti finali potenziali. «Siamo effettivamente riusciti a stampare micro-ottiche direttamente sulle fibre ottiche», afferma Giessen. «Si tratta di una soluzione ideale per la diagnostica per immagini, poiché queste fibre ottiche possono essere introdotte in minuscoli canali. Ad esempio, i dentisti potrebbero usarle per esaminare i canali radicolari». Altri usi medici potrebbero includere la cattura di immagini nell’utero o l’esame della struttura interna dei vasi sanguigni, dell’orecchio interno o dell’intestino, nel modo meno invasivo possibile. Ma il potenziale della micro-ottica non è limitato all’ambito dei dispositivi medici: le automobili di ultima generazione includono infatti circa 60 sensori ottici, un numero destinato ad aumentare. «È probabile che un giorno gli specchietti retrovisori verranno sostituiti da videocamere, e le auto senza conducente hanno bisogno di videocamere in grado di controllare l’ambiente circostante», aggiunge. «Al tempo stesso, nessuno vorrebbe che la sua nuova macchina sia ricoperta di ogni genere di sensore. Il vantaggio di queste micro-ottiche è la possibilità di applicarne moltissime, ognuna con un compito diverso, su un singolo chip. Ad esempio, alcune potrebbero presentare una superficie molto curva, ideale per acquisire immagini dell’ambiente circostante».

Ottiche di prossima generazione

Il successo del progetto ha permesso a Giessen e colleghi di lanciare un’azienda spin-off, PrintOptics GmbH. Attualmente, la start-up sta sviluppando prototipi per aziende di diagnostica per immagini e automobilistiche, sia europee che extra-europee. «Queste imprese stanno attualmente svolgendo i propri test», osserva. «Si stanno occupando di esaminare aspetti come l’efficacia, il riutilizzo e, nel caso della diagnostica per immagini, le questioni di sicurezza». Giessen crede che in futuro la start-up sarà in grado di offrire un serie di servizi, dalla consulenza fino alla progettazione su misura e alla produzione di prototipi e piccole serie. L’azienda sta già considerando la possibilità di ampliarsi per rispondere alla possibile domanda. Giessen ritiene che nel futuro a lungo termine le opportunità per la micro-ottica saranno ovunque. «La tecnologia di prossima generazione potrebbe vedere l’introduzione di minuscole ottiche negli occhiali, che offriranno un’esperienza di realtà aumentata e virtuale. Esse ci aiuterebbero a orientarci o ci permetterebbero di svolgere chiamate di conferenza, vedendo i nostri collaboratori sotto forma di ologrammi».

Parole chiave

3DPRINTEDOPTICS, 3D, ottico, sensori, micro-ottico, laser, medico, diagnostica per immagini

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