09:10 13 Dicembre 2019

Gli scienziati hanno creato un robot-microscopio superveloce per la ricerca sulla materia oscura

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Un’équipe di scienziati italo-russi ha elaborato una nuova tecnologia in grado di aumentare esponenzialmente la velocità dei microscopi

Un gruppo di scienziati dell’Università nazionale di scienza e tecnologia MISiS (Mosca) e dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN, Napoli) ha messo a punto una soluzione tecnologica semplice ed economicamente vantaggiosa che permette di aumentare di decine di volte la rapidità dei microscopi automatici utilizzati nei campi di ricerca più disparati, dalla fisica nucleare all’archeologia, dalla cura del cancro alla vulcanologia. I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica "Scientific Reports" della casa editrice Nature.

La scienza moderna richiede l’applicazione di sistemi di scannerizzazione ultra-rapidi, in grado di effettuare analisi di elevata precisione della struttura interna dei campioni e di ottenere e rielaborare grossi volumi di informazioni. È questo il caso dei microscopi automatici (MA) di nuova generazione, cioè robot dotati di caratteristiche meccaniche e ottiche ad alta precisione e di telecamere superveloci. Tali microscopi funzionano in maniera milioni di volte più rapida di un operatore microscopista.

Ma gli scienziati continuano a cercare il modo di aumentare ulteriormente la velocità di esecuzione dei robot già esistenti. Microscopi ancora migliori saranno indispensabili, ad esempio, negli esperimenti relativi alla ricerca della materia oscura, nei quali bisognerà avere letteralmente a che fare con decine di tonnellate di pellicola emulsionata fornita dai rilevatori, utilizzati per fissare tracce di diverse particelle. La cosiddetta materia oscura è una sostanza ancora misteriosa a cui si ritiene appartenga una quota molto grande della massa di materia nell’Universo. Secondo il parere degli scienziati, in ogni galassia la quantità della materia oscura è di regola 8-10 volte superiore della quantità della sua “cugina” visibile, ed è proprio la materia oscura che tiene le stelle al loro posto e non permette loro di “scappare via”, disperdendosi.

"Nella nostra ricerca è stata testata una tecnologia di scanerizzazione ottica di campioni sottili completamente automatizzata, sulla quale si baserà una nuova generazione di microscopi automatici. Ne abbiamo analizzato il rendimento e abbiamo valutato la velocità di scannerizzazione raggiungibile rispetto ai metodi tradizionali", ha dichiarato a RIA Novosti uno degli autori della ricerca, il collaboratore dell’Università nazionale di scienza e tecnologia MISiS e dell’INFN Andrej Aleksandrov.

"La tecnologia per la visione artificiale consente in tempo reale ai microscopi automatizzati di riconoscere gli oggetti e di decidere autonomamente di elaborare la loro immagine oppure di passare a un altro punto. Per l’elaborazione di un flusso di immagini di grandi dimensioni (circa 2 gigabyte al secondo su ogni telecamera) e per l’accelerazione dei calcoli intensivi, si utilizzano attivamente il sistema di calcolo in parallelo CUDA e le schede video GPU. Inoltre noi abbiamo realizzato una tecnologia di rotazione del piano focale dell’obiettivo", fa notare Aleksandrov.

Secondo le parole dello scienziato, l’efficacia e la precisione di questo approccio si sono rivelate paragonabili a quelle dei sistemi tradizionali, mentre la velocità di scannerizzazione è proporzionale al numero delle telecamere applicate: possiamo quindi affermare che si tratta di un notevole progresso.

Gli scienziati hanno poi intenzione di creare e di testare un prototipo di nuova generazione che sfrutti la tecnologia da loro realizzata di rotazione del piano focale. L’alta velocità di tali microscopi, aumentata di 10-100 volte rispetto ai precedenti, permette di ingrandire considerevolmente il volume dei dati elaborati e di diminuire il tempo dedicato all’analisi degli stessi senza grosse spese, e anche di allargare il campo di utilizzo del metodo dei rivelatori di tracce a emulsione.

"I futuri esperimenti scientifici che verranno effettuati con rivelatori come questi saranno dedicati alla ricerca di particelle di materia oscura, all’analisi fisica del neutrino, allo studio della frammentazione degli ioni per le necessità della terapia adronica contro il cancro, e alla protezione degli equipaggi delle missioni interplanetarie dai raggi cosmici", dice Aleksandrov.

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Tecnologia, Spazio, Ricerca scientifica, Scienza e Tecnica, scienza, Russia
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