“Parlando con gli studenti, mi rendo conto che, rispetto alla mia generazione, oggi sentono il bisogno di compiere scelte condizionate dal mercato del lavoro. Ho l’impressione che spesso credano di non potersi permettere di seguire davvero le proprie passioni. Ed è un peccato, perché inseguire un sogno significa realizzare sé stessi, ma anche contribuire all’innovazione e cambiare il corso delle cose. La tendenza a seguire le mode del momento sta contribuendo alla carenza di ingegneri elettronici, figure che possono trasformare un’idea in soluzioni concrete, capaci di progettare, costruire e dare forma all’innovazione: creare valore aggiunto dalla materia”.
Queste sono le parole del professore Alessandro Cidronali, docente di elettronica dell’Università di Firenze che, in una recente intervista per la Società Italiana di Elettronica, ha raccontato come è cambiato nel tempo l’approccio dei giovani al mondo dell’elettronica e come la sua passione per i sistemi aeronautici e per l’elettronica delle microonde siano diventati nel tempo il fulcro della sua attività di ricerca.
Dalle misure elettroniche alle metasuperfici
Il prof. Cidronali ha spiegato che l’elettronica moderna ha esteso il suo dominio dalla misura delle grandezze fisiche al controllo attivo dei campi elettromagnetici. In questo scenario si collocano le recenti tecnologie basate su metasuperfici programmabili.
“L’acquisizione e il trattamento dei segnali consentono di attribuire un valore quantitativo alle diverse grandezze fisiche, rendendo possibile la loro osservazione e interpretazione attraverso strumenti elettronici. In questo senso, tutto ciò che riguarda l’elettronica legata al trattamento dell’informazione nasce dall’esigenza di “vedere” il mondo fisico attraverso segnali, informazioni e sensori. Esiste poi un altro dominio, quello delle contromisure elettroniche, che invece rappresenta in un certo senso il tentativo opposto: quando un sistema fisico è soggetto all’osservazione e al controllo da parte di strumenti esterni, le contromisure cercano di introdurre strategie di evasione o di protezione. Sono strumenti che permettono di nascondersi quando si è osservati, o di alterare ciò che può essere rilevato. Si parla di elettronica perché l’osservazione e il controllo avvengono tramite sistemi elettronici, e si tratta quindi di un’applicazione chiaramente difensiva, in cui il problema centrale è il controllo dell’informazione contenuta nei segnali elettromagnetici”.
In questo ambito legato alla misura e alla protezione dei segnali si inserisce un’evoluzione più recente che riguarda il controllo attivo della loro propagazione nello spazio.
“Un esempio è rappresentato dalla realizzazione di superfici “programmabili”, più correttamente conosciute con la definizione di “metasuperfici”. Queste vengono utilizzate anche per rivestire oggetti o dispositivi e sono in grado di modificare il comportamento delle onde elettromagnetiche. Le metasuperfici sono una classe di metamateriali realizzati su scala nanometrica. Si tratta di strutture estremamente sottili e piatte, progettate in modo che le loro “unità” siano più piccole della lunghezza d’onda della luce con cui interagiscono. All’interno di queste superfici sono presenti nanostrutture ingegnerizzate che permettono di controllare con grande precisione il comportamento della luce. In particolare, possono modificarne la fase, la polarizzazione e l’ampiezza, cioè le caratteristiche fondamentali con cui un’onda luminosa si propaga. Anche se molte delle loro applicazioni si concentrano sulla luce visibile, le metasuperfici possono essere progettate anche per lavorare nella gamma delle microonde o onde millimetriche. Questo le rende particolarmente interessanti per applicazioni avanzate, come quelle in ambito delle comunicazioni e dell’aerospazio, dove il controllo della radiazione elettromagnetica è fondamentale per sensori, imaging e sistemi di rilevamento. La loro struttura permette di superare la legge naturale della riflessione, introducendo nuove modalità di propagazione in ambienti complessi, in cui il rimbalzo delle onde sulle superfici viene indirizzato verso direzioni utili. Il principio fisico alla base è che, modificando localmente le proprietà elettromagnetiche del materiale, è possibile controllare e programmare le caratteristiche del segnale riflesso, rendendole diverse da quelle che si avrebbero in una riflessione naturale. In pratica, la riflessione viene “ingegnerizzata”. Il fronte d’onda viene intercettato prima che si distacchi dalla superficie, rielaborato a livello locale e poi reimmesso nello spazio in una direzione controllata. Questo consente di orientare la propagazione delle onde secondo esigenze progettuali, aprendo la strada a nuove tecniche per la gestione dei segnali in scenari complessi”.
Le metasuperfici e l’ingegnere elettronico del futuro
Le metasuperfici programmabili si inseriscono in questo scenario come una delle tecnologie emergenti più promettenti per tradurre in dispositivi reali i progressi della microelettronica avanzata. Permettono di miniaturizzare funzioni complesse e introducendo anche un livello di programmabilità del materiale che diventa capace di adattare il proprio comportamento in tempo reale.
“Le metasuperfici possono diventare un’interfaccia tra mondi diversi: da un lato la microelettronica, che continua a costituire la base hardware dei sistemi moderni, e dall’altro le tecnologie quantistiche emergenti, come la sensoristica e il calcolo quantistico. In particolare, la loro capacità di controllare la luce con precisione le rende candidate ideali per applicazioni avanzate in fotonica quantistica, comunicazioni sicure e sensori ad altissima sensibilità. In questo quadro, l’ingegnere elettronico del futuro sarà chiamato a sviluppare dispositivi sempre più miniaturizzati da integrare con piattaforme ibride, fotonica e strutture programmabili su nanoscala, per rendere operative le potenzialità delle tecnologie quantistiche. A lungo termine, l’ingegnere elettronico sarà chiamato a tradurre in applicazioni concrete le potenzialità dell’ingegneria quantistica, le cui ricadute sull’elettronica sono già oggi significative e presenti in diversi ambiti, come l’optoelettronica. Si tratta di tecnologie consolidate da decenni, che costituiscono una base importante per l’evoluzione attuale. La nuova sfida riguarda la possibilità di rendere operative le applicazioni del calcolo e della sensoristica quantistica, ambiti ancora in sviluppo ma dal forte potenziale trasformativo. Parallelamente, la microelettronica continuerà a essere sempre più strategica, rappresentando un settore chiave per l’innovazione e per lo sviluppo di sistemi avanzati in numerosi campi”.
