Come le ricerche scientifiche più innovative cambieranno il nostro modo di vivere e percepire il mondo?
La Scienza e Noi ha invitato sei relatori di grande rilievo nazionale e internazionale per raccontare le ricerche più all’avanguardia e come trasformeranno il quotidiano di ognuno di noi, con la volontà di trasmettere al pubblico l’emozione e la bellezza della scienza.
Dalla creazione di nuovi materiali come il grafene alle innovazioni nella robotica, della data science, fino alle nuove prospettive dell’optogenetica e della fisica dei quanti: i relatori apriranno scenari da fantascienza, presentati e intervistati da Viviana Kasam, giornalista e presidente di BrainCircle Italia.
18 gennaio, ore 20:00 – Big Data. L’ombra inquietante del grande fratello
Enormi quantità di dati, i big data, richiedono tecnologie e metodi specifici per raccoglierli e interpretarli. Chi può accumularli e utilizzarli? Con quali scopi e limiti?
Big data è il termine usato per descrivere una raccolta di dati così estesa in termini di volume, velocità e varietà da richiedere tecnologie e metodi analitici specifici per contestualizzarli e interpretarli. Se da un lato se ne potranno ottenere informazioni utili per semplificare e migliorare la vita e ottenere previsioni più accurate, dall’altro il potenziale di utilizzo che comportano pone seri problemi legali ed etici.
Il rischio è che siano accentrate in poche mani informazioni preziose, che consentiranno di manipolare gusti, coscienza, preferenze di ampi strati della popolazione, come sta già avvenendo nel contesto politico internazionale. Si può immaginare che tali enormi quantità di dati vengano utilizzati a vantaggio dei cittadini, senza limitare le libertà di pensiero e di stampa?
Per approfondire, puoi guardare il video del Massachusetts Institute of Technology con il prof. Alex Pentland o leggere, per esempio, Big data. Una rivoluzione che trasformerà il nostro modo di vivere e già minaccia la nostra libertà, di Viktor Mayer-Schönberger e Kenneth Cukier.
Ne parlano Antonietta Mira, professore di Statistica presso l’Università degli Studi dell’Insubria (Como) e l’Università della Svizzera italiana (Lugano) dove è stata vice-preside della facoltà di Economia ed è co-direttore dell’Istituto Interdisciplinare di Scienza dei Dati, che ha contribuito a fondare nel 2014. Con lei interverrà Maria Grazia Mattei, giornalista, esperta di nuove tecnologie della comunicazione, fondatrice nel 1995 della società Mattei Digital Communication, centro di ricerca, studio e diffusione della cultura dei nuovi media. Dal 2005 Mattei organizza gli incontri Meet the Media Guru, sede di confronto con il gotha della cultura digitale internazionali, che si è affermato come punto di riferimento d’eccellenza nell’ambito della comunicazione e dei nuovi media.
1 febbraio, ore 20:00 – Robot. Se gli umanoidi assomigliano troppo agli umani
Quale sarà il rapporto tra uomini e robot, quando i robot saranno in grado di prendere decisioni, di provare emozioni, di avere una coscienza? E’ uno degli interrogativi che più hanno affascinato la letteratura e il cinema, e che oggi le nuove ricerche rendono di attualità. Anche senza arrivare alle prospettive catastrofiche dei robot che distruggono l’uomo, i problemi legali ed etici cominciano a porsi con urgenza, per esempio nelle automobili che si guidano da sé, e che si prevede diventeranno in pochi anni il mezzo di locomozione principale in tutto il mondo. In un futuro non lontano, i robot costruiti a immagine e somiglianza dell’uomo, sempre più sofisticati dal punto di vista cognitivo ed emotivo, vivranno e lavoreranno con e tra noi. I robot verranno utilizzati in ambito medico, della riabilitazione, delle faccende domestiche, degli interventi in caso di catastrofe naturale. E c’è chi ha già immaginato un codice etico per i robot.
L’incontro tratterà in particolare di iCub, un piccolo robot intelligente, del quale Giorgio Metta è il “papà”, progettato per apprendere da un punto di vista cognitivo, comportamentale e linguistico attraverso l’interazione sociale e l’esperienza individuale. iCub ha le dimensioni di un bimbo di cinque anni, è in grado di osservare l’ambiente che lo circonda, toccare e prendere le cose, scrivere il proprio nome, di ballare, di restare in equilibrio su una gamba sola. Durante l’incontro, Metta presenterà dei filmati del robot, accattivante come un personaggio dei cartoni animati, con i suoi occhioni da cucciolo: può imparare ad utilizzare autonomamente gli oggetti, a rapportarsi con gli esseri umani e gli altri robot e infine ad adattarsi al cambiamento dell’ambiente circostante.
22 febbraio, ore 20:00 – Computer e materiali quantistici. La grande rivoluzione della tecnologia
I computer quantistici saranno la prossima rivoluzione a livello planetario.
Quando arriveranno sul mercato renderanno obsolete in un batter d’occhio tutte le apparecchiature che utilizziamo per comunicare: non solo i pc, ma anche smartphone e tablet. Il motivo è che saranno in grado di garantire sia capacità di analisi, calcolo e trasmissione dati impensabili con le tecnologie tradizionali, sia livelli di privacy attualmente irraggiungibili attraverso una crittografia a prova di intrusioni.
Ma cosa sono i computer quantistici, sui quali i giganti dell’informatica stanno investendo miliardi? Basati non più sulla logica binaria o sulla fisica classica newtoniana, ma sulle teorie probabilistiche della fisica dei quanti, apriranno orizzonti oggi impensabili e in gran parte imprevedibili.
I computer funzionano attraverso un codice binario, ovvero attraverso i bit. I bit corrispondono a impulsi elettrici, che vengono codificati all’interno dell’hardware, per generare sequenze di “0” e “1”, che vengono poi tradotte in specifici comandi dal calcolatore. In un computer classico i bit possono assumere i valori 0 oppure 1.
I computer quantistici, invece, lavorano con bit quantistici, o qubits, che sono in grado di assumere il valore 0 e 1 nello stesso istante; questa proprietà conferisce loro una potenza di calcolo assai superiore rispetto a un normale PC.
Ma com’è possibile che un bit possa assumere due valori contemporaneamente? Per capirlo bisogna addentrarsi nell’universo microscopico della materia, governato dalle leggi della meccanica quantistica, che descrivono un mondo in cui niente è certo e tutto è probabilistico.
I risvolti futuri potrebbero essere enormi. Con un computer quantistico a 300 qubits, per esempio, saremmo in grado di rappresentare un quantitativo di informazione equivalente a quello di 2 alla potenza 90 bit: un numero probabilmente superiore a quello di tutte particelle presenti nell’universo conosciuto.
Sfruttando i principi fondamentali della fisica quantistica, questa grande rivoluzione in fieri, che va sotto il nome generico di Quantum Technology, promette di portare cambiamenti di enorme portata in quasi tutti gli ambiti della società umana, a partire dal campo della computazione, dell’informazione, e della comunicazione, passando per lo sviluppo di nuove tecniche di sensoristica, diagnostica, e terapia biomedica con livelli di precisione ed efficienza finora nemmeno immaginabili, fino ad arrivare alla sintesi artificiale di nuovi materiali e sistemi di conversione energetica che potrebbero garantire un futuro illimitato di gestione sostenibile delle risorse del pianeta.
Ne parlano Vittorio Giovannetti e Fabrizio Illuminati.
15 marzo, ore 20:00 – Grafene. Il materiale da un miliardo di euro
Chi, o cosa, ha più influenzato il corso della Storia? Sono stati più importanti Napoleone e Giulio Cesare, oppure i primi artigiani che impararono a manipolare i metalli e sfruttare l’energia immagazzinata nei minerali?
Come il nostro passato, anche il nostro futuro dipende dalle proprietà dei materiali che usiamo, e da come saremo abili di controllarle.
Vincenzo Palermo, intervistato da Viviana Kasam, parlerà al pubblico del grafene, un cristallo dello spessore di un singolo atomo, composto da atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. Si tratta del composto più sottile in natura (centomila volte più sottile di un capello umano), il più resistente mai scoperto (20 volte più dell’acciaio), il più leggero (un metro quadro pesa circa a 0,77 milligrammi) e flessibile, impermeabile alle molecole ed elettricamente e termicamente molto conduttivo. Grazie alla sua combinazione unica di proprietà tutte eccezionali, il grafene è indicato come un materiale rivoluzionario, alla base di innovazioni tecnologiche profonde, le cosiddette “disruptive technologies”, nei settori più diversi.
Fin dai rivoluzionari esperimenti di Andre Geim e Kostya Novoselov che portarono alla sua scoperta, premiati con il Nobel per la fisica nel 2010, il grafene ha innescato un’esplosione di attività scientifica e si candida ad avere un impatto profondo in molteplicità di settori: elettronica, medicina, aerospaziale, automotive, immagazzinamento di energia, dissalazione di acqua, rivestimenti e vernici, tecnologie solari, comunicazioni. Applicazioni potenziali basate su grafene comprendono: nuove tecnologie mediche, tra cui il sequenziamento rapido del DNA, la somministrazione di farmaci mirati, la rigenerazione dei tessuti e impianti bionici come le retine artificiali; supercondensatori ultra-efficienti e leggeri, mille volte più veloce di batterie standard; touchscreen leggeri, flessibili e infrangibili per cellulari, tablet e la cosiddetta “tecnologia indomabile”.
Partendo dalla preistoria, un racconto affascinante attraverso legionari romani, cavalieri medioevali, rivoluzione industriale e computer, per arrivare al prossimo futuro, ai nuovi materiali a base di carbonio – quali i nanotubi o il grafene – dimostrando come, a volte, un atomo in più o in meno può cambiare il mondo.
5 aprile, ore 20:00 – Optogenetica. Colorare i neuroni per curare il cervello (e forse leggere nel pensiero)
L’Optogenetica è una recente tecnologia che combina tecniche ottiche e genetiche per modificare l’attività elettrica di specifiche popolazioni di cellule utilizzando la luce. I neuroni del cervello possono, infatti, essere colorati selettivamente, attraverso mutazioni genetiche o l’utilizzo di virus adattati, per poter essere letti, attivati o silenziati. Questa strabiliante tecnologia ha consentito di fare passi da gigante nella comprensione dei circuiti cerebrali, nell’ideazione di una nuova generazione di interfacce cervello-macchina fino a ipotizzare il suo utilizzo per terapie innovative per la cura di malattie neuro-degenerative o, spingendoci agli estremi, a leggere nel pensiero.
In un recente lavoro, Tommaso Fellin e i suoi colleghi hanno identificato un metodo che potrebbe portare a “crackare” il codice del cervello alla base dell’utilizzo dei 5 sensi per interagire con il mondo. Sono riusciti, cioè, a sviluppare gli strumenti per capire come individuare il codice che trasforma gli stimoli sensoriali in quel linguaggio che le cellule neuronali si scambiano per definire le nostre azioni. Ologrammi in grado di operare come un “interruttore” che spegne e accende le cellule in maniera appropriata.
Le ricadute di tale ricerca saranno sia nella comprensione di malattie neurodegenerative, quali la malattia di Alzheimer, l’Autismo e la Schizofrenia, sia nel campo delle interfacce cervello-macchina, ovvero il controllo del funzionamento di una macchina tramite impulsi elettrici generati dal cervello. In particolare, rispetto a tale campo, la “scrittura” di opportuni codici neuronali direttamente nel tessuto cerebrale pone le basi per recuperare la percezione dei sensi in presenza di una compromessa funzionalità degli organi sensoriali.
17 maggio, ore 20:00 – Cervello e fisica dei quanti. Bosone di Higgs, cervello e libero arbitrio
È possibile immaginare una “teoria unificata” che sappia spiegare cosmo e sistemi biologici, stelle e neuroni? E quale impatto avrà sulle vite di tutti? Ne parla Giuseppe Vitiello.
Il sogno dei fisici è sempre stato quello di avere una teoria unificata che potesse render conto di tutti i fenomeni osservati in natura, dalle stelle all’atomo. Essi hanno così scrutato le profondità dell’Universo e l’intima struttura della materia.
Due scoperte hanno recentemente premiato questo sforzo, le onde gravitazionali, previste già da un centinaio di anni da Einstein, e la particella di Higgs, dal nome del fisico inglese che insieme ad altri ne previde l’esistenza fin dagli anni sessanta. La rilevanza scientifica di tali scoperte è enorme. Da un punto di vista applicativo, potremmo paragonare la scoperta delle onde gravitazionali a quella del telescopio, nel senso che, come nel caso del telescopio, l’orizzonte delle osservazioni cui possiamo accedere si allarga moltissimo, forse è il caso di dire, diventa sconfinato. Le onde gravitazionali diventano infatti esse stesse uno strumento di indagine per scrutare l’universo che ci circonda. Anche la scoperta della particella di Higgs apre vasti orizzonti per la nostra conoscenza della struttura della materia con conseguenze anche applicative di estrema rilevanza. Essa conferma la visione che il vuoto quantistico gioca in realtà un ruolo fondamentale per le proprietà della materia. A parte aspetti specifici legati alla fisica delle particelle elementari, la scoperta può portare conseguenze importanti in tutti i settori applicativi dove le proprietà quantistiche del sistema sono cruciali, si pensi per esempio alle frontiere della microelettronica e all’ottica quantistica, e alle implicazioni per i computer quantistici, la cui realizzazione comporterà certamente un cambiamento nella nostra vita, nel mondo industriale, nella stessa attività di ricerca scientifica.
Ma il desiderio di conoscenza non si limita alla materia “inerte”, si estende ovviamente alla materia “vivente” e gli studi della biologia e delle neuroscienze si incrociano con quelli della fisica. Sempre più frequentemente nei laboratori in tutto il mondo il DNA e il neurone vengono studiati in uno sforzo comune da biologi e da fisici, prospettando vantaggi pratici di enorme interesse. Ad esempio, lo studio di meccanismi di comunicazione tra cellule fondati non esclusivamente sulla chimica ma anche sullo scambio di segnali elettromagnetici, potrebbe portare ad una più profonda comprensione della formazione di tessuti e quindi anche delle cause che ne determinano il disgregarsi come accade nei tumori. Oppure, lo studio del comportamento sincrono di milioni di neuroni, di come tale organizzazione neuronale possa essere generata o possa, al contrario, essere inibita da fattori di cui si possegga il controllo potrebbe essere di estrema utilità nella cura di patologie neurologiche.
I risultati e le applicazioni che emergeranno da questi studi interdisciplinari saranno dunque di importanza fondamentale per il genere umano e la visione che si raggiungerà sarà veramente una “grande unificazione”, dalla cosmologia e dalle particelle elementari ai sistemi biologici e al cervello.
