Microscopio Robot super veloce per la ricerca sulla materia oscura
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Indagini ultrarapide per scansionare il cielo e sondare i misteri dello spazio esterno

Una equipe italo-russa ha sviluppato un metodo innovativo per indagare su uno dei misteri della moderna cosmologia.

Una tecnica innovativa da scienziati italiani e russi

Un gruppo di ricerca composto da ricercatori italiani e russi attivi presso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Napoli e l’Università nazionale di scienza e tecnologia MISiS di Mosca hanno sviluppato una tecnologia innovativa per indagare sulla “materia oscura” che toglie il sonno ai cosmologi.

Come tutte le idee migliori, è concettualmente semplice ed elegante. L’equipe ha realizzato un miglioramento alla tecnica standard di indagine che ha consentito di moltiplicare per decine di volte la velocità di scansione di porzioni di cielo ed in modalità estremamente vantaggiosa dal punto di vista economico.

La loro innovazione promette applicazioni anche in campi diametralmente distanti dallo studio dello spazio, quali appunto la fisica nucleare, la cura per il cancro, la vulcanologia e addirittura l’archeologia. Le risultanze delle loro prime scoperte sono stati esposti sulle pagine della prestigiosa “Scientific Reports” edita da Nature.

Indagini ultrarapide sulla materia oscura

Tutte le indagini scientifiche che utilizzano enormi quantità di dati digitali richiedono ormai l’impiego di sistemi in grado di convertire grandezze fisiche analogiche (luce, radiazione, onde di qualsiasi tipo) in valori digitali e di farlo in modo ultrarapido ed ultrapreciso. Solo una grana estremamente fine nelle indagini consente di investigare nella struttura dell’universo, sia alla scala delle galassie che a quella dei componenti dell’atomo. Collettivamente, questi sistemi di scansione, memorizzazione e recupero dei dati sono chiamati Microscopi Automatici (MA), in buona sostanza robots dotati di ottiche ad altissima risoluzione, sensori raffinatissimi in grado di percepire differenze infinitesimali e, infine, di telecamere ultraveloci. Anche se superfluo, è il caso di riportare che tali sistemi funzionano milioni di volte più rapidamente dell’equivalente umano che svolgeva in precedenza il medesimo lavoro.

I misteri dell’ingrediente più abbondante dell’universo

Per indagare sulla materia oscura, occorre scansionare decine di tonnellate di pellicola su cui i rilevatori hanno fissato le tracce delle particelle provenienti dallo spazio esterno e che recano con sé gli indizi della soluzione all’enigma.

Secondo le principali teorie cosmologiche attualmente accreditate, in ogni galassia la quantità di materia ordinaria è solo una piccola frazione della massa totale, ipotizzando una abbondanza di materia oscura di circa 8-10 volte. Ciò è indispensabile per giustificare le forze attrattive osservabili, in mancanza delle quali le stelle si disperderebbero nel cosmo senza formare galassie ed ammassi.

La nuova tecnologia

Uno dei ricercatori che ha contribuito alla pubblicazione, Andrej Aleksandrov, ha dichiarato all’Agenzia russa RIA Novosti: “Nella nostra ricerca è stata testata una tecnologia di scannerizzazione ottica di campioni sottili completamente automatizzata, sulla quale si baserà una nuova generazione di microscopi automatici. Abbiamo analizzato il rendimento e abbiamo valutato la velocità di scannerizzazione raggiungibile rispetto ai metodi tradizionali”. Aleksandrov ha poi aggiunto che: “La tecnologia di 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 la lavorazione di un flusso di immagini grande (circa 2 gigabyte al secondo su ogni telecamera) e per l’accelerazione dei calcoli intensivi, viene attualmente utilizzata la tecnologia dei calcoli CUDA e delle schede video GPU. Dal canto nostro, abbiamo realizzato una tecnologia per far girare il piano focale”. Infine, “l’efficacia e la precisione di questo approccio si sono rivelate paragonabili a quelle tradizionali, mentre la velocità di scannerizzazione è proporzionale al numero delle telecamere applicate: possiamo quindi affermare si tratti di un notevole progresso”.

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Nata a Napoli nel 1993, Federica Amodio è laureata magistrale in Scienze e Tecnologie Genetiche presso il centro di ricerche genetiche BIOGEM 110 con lode. La sua tesi di laurea, verte sui meccanismi di regolazione del gene Zscan4 da parte dell’acido retinoico nelle cellule staminali embrionali murine. L’espressione di questi geni regolano le prime fasi per lo sviluppo degli embrioni. Per lungo tempo ha collaborato con il centro per una pubblicazione scientifica inerente al suo progetto di tesi.