Computing più efficiente, potenzialmente a temperatura ambiente informatica quantistica – e la plastica rigida riciclabile sono due progetti che saranno intrapresi da un nuovo centro di ricerca scientifica e ingegneria sui materiali presso l’Università del Michigan.
Il sistema di epitassia a fascio molecolare ospitato nel laboratorio MBE di Goldman Group, che può costruire materiali con alta precisione. È tra le strutture che contribuiranno alle esplorazioni del centro sui materiali futuri. Credito immagine: Evan Dougherty, ingegneria del Michigan
Il nuovo centro costruisce un ecosistema a livello di campus per la progettazione e la produzione di materiali del futuro presso la messaggistica unificata, formando al tempo stesso una forza lavoro più rappresentativa.
Finanziato con 18 milioni di dollari dalla National Science Foundation, il centro cerca di costruire un ecosistema di ricercatori in tutto il campus che convergano su soluzioni materiali ai problemi che affliggono la società.
Concentrandosi sull’integrazione della ricerca e dell’istruzione, il centro mira anche ad ampliare la partecipazione alla ricerca sui materiali attraverso opportunità tutto l’anno per studenti e insegnanti. Il centro comprende ricercatori del campus UM e dell’Università del Colorado.
“Entro il 2030, si prevede che l’IT utilizzerà il 30% di tutta l’energia elettrica. Questo chiaramente non è sostenibile “, ha detto Rachel Goldmannprofessore di scienza e ingegneria dei materiali alla messaggistica unificata, che guida il nuovo Center for Materials Innovation del Michigan.
“Allo stesso modo, abbiamo visto tutti le foto del Great Pacific Garbage Patch: plastica nell’oceano. Ciò è, in parte, dovuto al fatto che solo alcuni materiali termoplastici sono riciclabili. Il nostro centro aiuterà ad affrontare entrambe queste grandi sfide”.
L’approccio del team a un’informatica più sostenibile si riferisce sia all’informatica convenzionale che a quella quantistica. I nuovi materiali che propongono potrebbero ridurre i costi energetici di entrambi i tipi. Inoltre, la proliferazione dell’informatica quantistica consentirebbe di risolvere alcuni tipi di problemi in una frazione del tempo.
A tal fine, il team esaminerà una nuova classe di materiali stratificati in cui gli atomi in alcuni strati sono disposti in diverse strutture cristalline. Poiché strati con la stessa composizione chimica circondano questi strati speciali, sono isolati dai disturbi.
L’assenza di disordine dall’ambiente circostante significa che questi strati hanno proprietà nuove e migliorate che renderanno il calcolo classico e quantistico più efficiente dal punto di vista energetico.
Avanzamento della ricerca sull’informatica quantistica: questo grafico mostra uno stato quantico 2D che sorge in uno strato con la stessa composizione chimica ma una struttura diversa rispetto al reticolo cristallino circostante. Questi stati potrebbero consentire il calcolo quantistico a temperatura ambiente. Credito immagine: Robert Hovden e Yiyang Li, Università del Michigan
“Gli strati privi di disordine possono, ad esempio, mostrare stati quantistici stabili a temperatura ambiente che renderanno il calcolo quantistico a temperatura ambiente una realtà. Attualmente, il calcolo quantistico può avvenire solo nei frigoriferi”, ha affermato Ageeth Bolprofessore di chimica alla UM, che guida il progetto sui materiali stratificati.
Il progetto di sviluppare plastiche riciclabili, ma resistenti e rigide, renderà reversibile il processo di indurimento. Attualmente, le molecole “indurenti” che collegano filamenti di molecole in reti reticolate, come nella resina epossidica, non si disfano.
Invece, il team prevede collegamenti incrociati che possono essere invertiti utilizzando il calore o la luce. Questi nuovi materiali eguaglierebbero la forza degli attuali polimeri reticolati, ma potrebbero essere rimodellati e riproposti su richiesta e possederebbero capacità di autoriparazione.
“Una riparazione non sarebbe solo un cerotto, ma ricostituirebbe il materiale nella sua struttura molecolare originale. Ciò prolungherebbe la durata della struttura e ridurrebbe la quantità di materiale che deve essere scartato”, ha affermato Giovanni Kiefferprofessore di scienza e ingegneria dei materiali alla UM, che guida il progetto sulle materie plastiche sostenibili.
Hardware di calcolo quantistico. Credito immagine: NIST
Ad esempio, Kieffer ha nominato le pale delle turbine eoliche che potrebbero essere riparate quando si sviluppano crepe e quindi riciclate alla fine della loro vita utile.
Materie plastiche come queste sarebbero utili anche nello spazio, dove potrebbero essere spedite in un pacchetto compatto e quindi integrate in grandi strutture che potrebbero essere riconfigurate secondo necessità. Il team prevede che oltre al riciclaggio e al riutilizzo, queste reti potrebbero essere progettate per regolare le proprietà dei materiali quando necessario, ad esempio per dissipare il colpo all’impatto o variare la trasmissione del calore per prevenire il surriscaldamento.
Oltre allo sviluppo tecnologico, il centro sta cercando di creare un percorso di opportunità per studenti con identità spesso escluse dalla scienza e dall’ingegneria.
Il centro recluterà ricercatori provenienti da scuole superiori e istituti di istruzione superiore che servono comunità economicamente svantaggiate e sottorappresentate, lavorando in collaborazione con il Centro per l’innovazione dell’Università del Michigan con sede a Detroit e la Michigan Engineering Zone.
Il centro offrirà anche workshop estivi per gli insegnanti delle scuole superiori per soddisfare i requisiti di formazione continua, formandoli in metodi di insegnamento che portano nelle loro classi la scienza dei materiali e la chimica all’avanguardia. Allo stesso modo, il centro aiuterà a formare studenti laureati e ricercatori post-dottorato come la prossima generazione di mentori della ricerca scientifica e ingegneristica.
Goldman è anche professore di fisica e direttore associato di fisica applicata. Bol è anche professore di scienza dei materiali e ingegneria.
Fonte: Università del Michigan
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
