Le nuove frontiere del vetro

Le nuove frontiere del vetro

Un giorno, il vostro smartphone potrebbe essere in grado di aiutarvi in modo nuovo quando sarete in viaggio: dicendovi se l’acqua che vi accingete a bere è potabile o meno.

Anche se un’app per l’acqua non è ancora prossima, i ricercatori della Corning e di altri laboratori hanno recentemente scoperto di poter utilizzare il Gorilla Glass, il vetro più resistente prodotto dalla Corning e comunemente utilizzato per gli schermi smartphone, per realizzare sensori biologici e chimici incredibilmente sensibili. Secondo i ricercatori, questi sensori potrebbero rilevare tracce di gas sarin nell’aria o di specifici patogeni nell’acqua.

Questi sensori sono solamente uno dei tanti progetti di cui sono venuto a conoscenza durante la mia visita ai laboratori di ricerca e sviluppo della Corning, nella parte settentrionale di New York. Negli ultimi decenni, i progressi conseguiti dalla Corning nella produzione del vetro hanno portato a tecnologie come le fibre ottiche e gli schermi piatti. Ora, grazie al Gorilla Glass, il nome della società è associata agli ultimi modelli di smartphone. Ma a prescindere dall’incredibile successo di questo prodotto, Corning è ansiosa di agguantare il prossimo boom high-tech.

La Corning spende all’incirca l’8 percento delle sue vendite in Ricerca e Sviluppo — pari a circa $800 milioni lo scorso anno. Questi investimenti servono a proteggersi dalla reale possibilità che una delle sue attività cessi di esistere — come successo in passato. Fra il 2000 e il 2002, ad esempio, Corning ha perso più della metà delle sue entrate quando la sua impresa di fibre ottiche è collassata assieme a gran parte del mercato delle telecomunicazioni. Le sue azioni sono crollate da $113 a poco più di $1. E quest’anno, la società ha rischiato di vedere uno dei suoi più grandi clienti, Apple, sostituire il suo Gorilla Glass negli iPhone con schermi in zaffiro (vedi “Ecco perché Apple non è riuscita a produrre iPhone in zaffiro”).

In un modo o in un altro, gli schermi ammontano a quasi metà delle entrate della Corning, con quasi due terzi di queste nella forma dei Gorilla Glass. Per espandere questo mercato e sopportare le sfide poste da altri materiali, la società sta cercando di aggiungere funzioni al Gorilla Glass, come l’applicazione dei sensori, e sta guardando a nuovi mercati per il suo vetro al di là degli schermi.

L’abilità di trasformare il proprio telefono in un sensore biologico o chimico è uno dei primissimi progetti in via di sviluppo nel laboratorio. I ricercatori della Corning e del Politecnico di Montreal hanno scoperto di poter realizzare con il Gorilla Glass delle guide d’onda di elevata quantità con le quali confinare e direzionare la luce. I ricercatori sono riusciti a produrre queste guide d’onda vicino alla superficie, una caratteristica essenziale per i sensori. In questo modo, però, un vetro ordinario potrebbe rompersi. La creazione di queste guide d’onda comporta la concentrazione di un intenso raggio di luce laser vicino alla superficie del vetro e il passaggio lungo la superficie per cambiarne localmente le proprietà ottiche.

Per realizzare un sensore, i ricercatori creano una guida d’onda che si separa in due percorsi identici per la luce. A un certo punto i due percorsi convergono, facendo così incontrare la luce. Uno dei percorsi serve da percorso di rilevamento, mentre il secondo fa da riferimento. Persino un minuscolo cambiamento nella luce all’interno del percorso di rilevamento — come ad esempio la sua intensità — può essere rilevato osservando il modo in cui la luce dei due percorsi reagisce quando questi si incontrano, producendo modelli distinti.

I ricercatori hanno dimostrato un semplice sensore che rileva i cambiamenti nella temperatura. Il riscaldamento del percorso di rilevamento ne modifica la forma, che a sua volta modifica le proprietà della luce che l’attraversa. Siccome la guida d’onda è tanto vicina alla superficie, parte della luce si estende al di fuori del vetro, e qualunque cosa posta sulla superficie del vetro interagirà con una parte della luce. Questo significa che per produrre un sensore biologico o chimico si potrebbe preparare la superficie del vetro in maniera tale che un preciso bersaglio si leghi ad essa. Ad esempio, si potrebbe trattare la superficie con anticorpi da legare al batterio di E. coli o altri contaminanti; rilevare la loro presenza potrebbe diventare semplice quanto mettere una goccia d’acqua sul telefono.

Le guide d’onda sono microscopicamente sottili, e pertanto invisibili, per cui non oscurerebbero lo schermo. Grazie alle loro dimensioni, sensori pensati per differenti bersagli chimici o biologici potrebbero essere incorporati all’interno dello stesso smartphone. I ricercatori della Corning hanno anche scoperto che il Gorilla Glass ha proprietà acustiche utili. Il modo in cui vibra è differente rispetto a quello del vetro convenzionale — tende a ridurre le onde sonore. L’applicazione più semplice, in questo caso, è l’isolamento acustico, poiché blocca il suono meglio rispetto al vetro ordinario.

Le stesse proprietà acustiche potrebbero anche trasformare gli schermi in altoparlanti. Ho visto un prototipo simile in uno dei laboratori della Corning. Un cavo nello schermo si connette a un piccolo attuatore che fa vibrare il vetro per produrre onde sonore. Per il modo in cui si propagano attraverso il vetro, le onde sonore possono essere controllate molto più precisamente che con il vetro ordinario, offrendo una riproduzione acustica di elevata qualità.

In un altro laboratorio, i ricercatori hanno mostrato una finestra apparentemente ordinaria. Poi, con un semplice comando sull’interruttore di un circuito, questa finestra si è tramutata in uno schermo — con sopra una vecchia pubblicità della Coca-Cola — e a mala pena sono riuscito a intravvedere quello che si trovava sul retro. Al termine della pubblicità, sono riuscito nuovamente a vedere attraverso il vetro. La società è stata particolarmente riservata riguardo al modo in cui è riuscita a far funzionare questa tecnologia.

La cosa più sorprendente che ho visto è stata un giocattolo di vetro simile a una molla e fatto con del Gorilla Glass intagliato a spirale utilizzando un nuovo strumento di intaglio al laser. Proprio come una molla giocattolo, tenendo una delle estremità e lasciando andare il resto, questa si estende verso il suolo. Il vetro normale si frantumerebbe ma, grazie alla resistenza del Gorilla Glass, questa molla si estende come la plastica. Il segreto per la flessibilità del vetro sta nella sua sottigliezza.

La Corning ha recentemente sviluppato il Willow Glass, che ha uno spessore di circa 100 micrometri, un quarto rispetto a quello del Gorilla Glass che viene solitamente utilizzato per gli schermi. Il Willow Glass può essere spedito in rotoli, per cui può essere utilizzato più facilmente e in maniera più economica. I potenziali clienti stanno ancora valutando come utilizzarlo; una sua possibile applicazione sarebbe come componente all’interno degli schermi. Ciononostante, come rivelatoci dal CTO della Corning, David Morse, la società sta già lavorando a una tipologia di vetro ancora più flessibile. Questo nuovo vetro sarebbe in grado di arrotolarsi per milioni di volte attorno agli angoli di oggetti spessi quanto un taccuino, e il tutto senza rompersi. In futuro, un vetro simile potrebbe essere molto importante per dispositivi elettronici pieghevoli.

Fondata nel 1851, a Corning è sopravvissuta in passato grazie alla sua abilità nel reinventare le possibilità del vetro. Intorno al periodo in cui è crollato il mercato delle fibre ottiche, anche le vendite del vetro per i televisori a tubi catodici è calato sensibilmente. In quell’occasione, la società si è salvata grazie a un processo che aveva inventato per produrre il vetro ad alta qualità necessario per i transistor che controllano i pixel negli schermi LCD – la stessa tecnologia che stava distruggendo il mercato dei tubi catodici. Qualche anno dopo, la società sarebbe stata contattata da Steve Jobs, che aveva bisogno di un vetro resistente per il primo iPhone. Guarda caso, la Corning aveva una tecnologia simile per il resistentissimo vetro che oggi tutti conosciamo come Gorilla Glass. La società spera di essere pronta anche per la prossima richiesta.

(traduzione di Matteo Ovi)