Le 10 idee del 2016 che potrebbero cambiare il mondo secondo <i>Scientific American</i>

La fine dell'anno è convenzionalmente un momento di bilanci e valutazioni. Sul numero di dicembre la rivista americana Scientific American mette in fila 10 avanzamenti della scienza e della tecnologia emersi durante gli ultimi 12 mesi che hanno il «potenziale di risolvere problemi e migliorare la vita di tutti noi». Se le previsioni si realizzeranno, e come, sarà solo il tempo a dirlo. Intanto, l'elenco è un buon barometro per capire quali sono i settori più promettenti della ricerca attuale e quali i problemi sui quali la comunità scientifica internazionale si sta confrontando.

1. Batterie che assorbono carbonio dall'atmosfera

L'umanità lascerà inevitabilmente un'impronta di carbonio sul Pianeta, ma sta cercando modi per diminuire il consumo di combustibili fossili, e le conseguenti emissioni di gas serra come il diossido di carbonio. Alla Cornell University (USA), un gruppo di ricercatori ha sviluppato una tecnologia che promette di realizzare batterie basate sull'alluminio e la CO₂ che sfrutta le reazioni elettrochimiche che, oltre a produrre energia, hanno la capacità di sequestrare il carbonio dall'atmosfera.

Schema di funzionamento della batteria che sequestra il diossido di carbonio

Secondo quanto sostenuto dal gruppo di ricerca, la batteria impiega l'alluminio come anodo e un mix di diossido di carbonio e ossigeno come "ingredienti attivi" del catodo. Le reazioni chimiche tra anodo e catodo sequestrano la CO₂, intrappolandola in un composto ricco di carbonio, producono elettricità e scarti che hanno ancora un valore e possono essere utilizzati per altri scopi.

The O₂-assisted Al/CO₂ electrochemical cell: A system for CO₂ capture/conversion and electric power generation Science Advances 20 Jul 2016: Vol. 2, no. 7, e1600968 DOI: 10.1126/sciadv.1600968

2. Nuovo metodo per produrre antibiotici da zero

L’antibiotico-resistenza è una bomba a orologeria. Non c’è altro modo per definire la crisi che, nel giro di qualche anno, potrebbe investire la salute pubblica a livello globale, come sottolineato già nel report del 2014 del WHO. Per risolvere questo problema la ricerca può muoversi in due direzioni: scoprire nuovi antibiotici verso cui i batteri non siano ancora resistenti, oppure trovare molecole che ripristino la sensibilità dei superbug agli antibiotici tradizionali.

Le principali tappe della sintesi dei macrolidi con il metodo del gruppo di Myers (Immagine: Nature)

Il gruppo di Andrew Myers, professore di biochimica alla Harvard University (USA), ha messo a punto un metodo completamente nuovo per andare a caccia di nuovi antibiotici, nella speranza di trovare in mezzo a tante nuove molecole, sostanza che siano efficaci in particolare contro i superbug. Lo hanno fatto riuscendo ideando un sistema per costruire, come se si trattasse quasi di mattoncini Lego, i macrolidi, una classe di antibiotici spesso usati in alternativa ai derivati della penicillina.

A platform for the discovery of new macrolide antibiotics Nature 533,338–345 (19 May 2016) doi:10.1038/nature17967

3. Satelliti quantistici

Il 28 luglio la Cina che ha lanciato il primo satellite spaziale per la comunicazione quantistica. Si tratta di un sistema di comunicazione che si pensa inattaccabile dai pirati informatici.Sarebbe infatti impossibile intercettare, registrare o decodificare le informazioni trasmesse attraverso la comunicazione crittografata con quella che in gergo viene chiamata quantum-key distribution (QKD): impiegando fotoni entangled (particelle luminose i cui stati quantistici sono collegati) viene generata una chiave che si impiega una sola volta.

Chinese Satellite Is 1 Giant Step for the Quantum Internet Nature 535,478–479 (28 July 2016) doi:10.1038/535478a

4. Micro-robot ingeribili

In Viaggio allucinante, film della Disney degli anni Sessanta, un team di medici veniva miniaturizzato e spedito dentro a una micro-nave nel flusso sanguigno di un uomo. Il raggio rimpicciolente immaginato da Isaac Asimov non esiste, ma l'idea di poter avere qualcuno che ripari dall'interno il nostro corpo potrebbe diventare realtà dopo che un gruppo di ricercatori del MIT di Boston (USA) hanno realizzato i primi prototipi di micro robot che possono essere ingeriti.

I prototipi di micro robot (Immagine: MIT)

I robot, soprannominati "origami robot", possono agire direttamente dall'interno su di una ferita o una lesione, funzionando come dei veri e propri cerotti ad alta tecnologia.

5. Software in grado di prevedere la povertà

Una nuova tecnica che impiega l'intelligenza artificiale per analizzare le immagini raccolte dai satelliti potrebbe diventare uno strumento in grado di quantificare la povertà e indicare le aree più bisognose di intervento. L'ha messa a punto un gruppo di ricercatori dell'università di Stanford (USA). Il metodo, sostengono, potrebbe essere di sostegno alle attività dei governi e delle ONG che stanno cercando di eradicare la povertà, poiché tutto il settore soffre di una mancanza di dati accurati. I ricercatori hanno insegnato un software attraverso il machine learning ad analizzare immagini dal satellite riprese sia di giorno che di notte sulle stesse aree. Il software ha imparato a riconoscere quali strutture visibili di giorno (strade, edifici, aree urbane e agricole) sono correlate con diversi livelli di luminosità/oscurità notturna. Ora il software è in grado di effettuare questo tipo di analisi basandosi unicamente sulle immagini diurne.

Satellite images can map poverty Science Magazine DOI: 10.1126/science.aah7208

6. Abiti rinfrescanti

Dalla combinazione di tecniche di nanotecnologia, di fotonica e di chimica nasce un tessuto nuovo che integrando la plastica comune (il polietilene), permette di passare alla radiazione infrarossa emessa dal corpo di chi lo indossa, garantendo così una maggior comfort durante le giornate più calde. Lo ha messo a punto un gruppo di ricercatori dell'università di Stanford guidati da Yi Cui.

Immagine al microscopio elettronico del nuovo materiale a base di polietilene nanostrutturato (Immagine: Stanford University)

Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile Science 02 Sep 2016: Vol. 353, Issue 6303, pp. 1019-1023 DOI: 10.1126/science.aaf5471

7. L'antivirale definitivo

Il primo antivirale a largo spettro potrebbe essere quello ispirato da una rara mutazione genetica che colpisce il gene ISG15. Chi presenta questa mutazione risulta più capace di combattere la maggior parte dei virus conosciuti. Ma si tratta di una mutazione che compare solamente in una persona su 10 milioni, quindi piuttosto rara. Ora, un gruppo di ricercatori della Icahn School of Medicine al Mount Sinai di New York (USA) ha messo le basi per un potenziale medicinale in grado di imitare questa mutazione. Il medicinale, inoltre, potrebbe garantire per tutta la vita l'immunità a qualsiasi famiglia di virus.

Antiviral Activity of Innate Immune Protein ISG15 J Innate Immun. 2009 Aug; 1(5): 397–404. Published online 2009 Jun 24. doi: 10.1159/000226245

8. Una migliore capacità dei computer di identificare pattern visivi

Un team di scienziati proveniente da tre diversi centri di ricerca americani (New York University, MIT di Boston, Università di Toronto) hanno sviluppato un algoritmo che promette di catturare le nostro abilità di apprendimento, permettendo ai computer di - potenzialmente - riconoscere e disegnare semplici segni grafici virtualmente indistinguibili da quelli prodotti da un essere umano. Si tratterebbe di un passo avanti fondamentale nel campo dell'intelligenza artificiale. I computer, per quanto sofisticati e potenti, non riescono infatti a portare a termine un compito piuttosto semplice per l'essere umano: copiare un segno grafico (per esempio la lettera di un alfabeto mai visto prima) con un buon grado di approssimazione.

Un esempio del tipo di segni impiegati durante le ricerche descritte nel paper di Science

Human-level concept learning through probabilistic program induction Science 11 Dec 2015: Vol. 350, Issue 6266, pp. 1332-1338 DOI: 10.1126/science.aab3050

9. Test diagnostici semplici come fogli di carta

Test diagnostici che siano estremamente economici, affidabili e facilmente distribuibili in territori poveri, con scarse infrastrutture e difficoltà logistiche. Si tratta di un settore che ha generato grande interesse negli ultimi anni, perché permetterebbe di individuare (o escludere) alcune cause della patologia senza dover andare in ospedale, che magari si trova a molti kilometri di distanza (da percorre magari a piedi). Test applicabili alla pelle come fogli di carta, in grado di individuare molecole tipiche di alcune infezioni, come per esempio i segni dell'infezione batterica, che possono essere utilizzati dopo un brevissimo apprendimento e senza la necessità di particolari conoscenze mediche. Potrebbero aiutare il personale sanitario o parasanitario in molti villaggi remoti a rispondere a domande semplici come dare o non dare antibiotici al malato e migliorare così l'efficacia della cura. Se ne stanno occupando diversi gruppi di ricerca contemporaneamente, seguendo diversi approcci, e secondo Scientific American è una delle idee più importanti del 2016.

10. Supermolecole da superatomi

Il gruppo di ricerca guidato da Colin Nuckolls alla Columbia University ha sviluppato un metodo per costruire "molecole progettate" a partire da superatomi, grappoli di atomi che sembrano avere le stesse proprietà di atomi elementari. Queste strutture sintetiche possono imitare le proprietà delle molecole che si trovano in natura, ma dando la possibilità a chi le progetta di "regolarle" per ottenere determinati scopi. È "come aggiungere una terza dimensione alla tavola periodica", ha dichiarato a Scientific American Colin Nuckolls.