Microendoscopie in tempo reale, telecomunicazioni di nuova generazione e molto altro potrebbero essere rivoluzionati grazie alla nuova fibra ottica supersottile realizzata da questo team di ricercatori cinesi. Capace di trasmettere enormi quantità di dati, quest’innovazione potrebbe aprire la strada non solo all’imaging in tempo reale delle cellule nervose cerebrali, ma anche a connessioni Internet più rapide, calcoli quantistici avanzati e lo sviluppo di dispositivi microfotonici.
Differenze e limiti delle fibre ottiche
Facciamo prima un piccolo preambolo. Per “fibre ottiche” si intendono dei cavi sottilissimi, realizzati in plastica o vetro, che vengono utilizzati per trasmettere dati sotto forma di impulsi di luce. Spina dorsale delle moderne telecomunicazioni e di settori come la medicina e l’industria dei semiconduttori, le fibre ottiche sono generalmente di due tipi: a modalità singola (SMF) e multimodale (MMF).
Cosa cambia tra loro? Come precisa la testata internazionale South China Morning Post (SCMP) le fibre monomodali, impiegate per la comunicazione a lunga distanza, trasmettono un singolo segnale luminoso alla volta, tipicamente emesso da un laser. Le fibre multimodali, invece, possiedono un nucleo più ampio, che consente a più segnali luminosi provenienti da LED di percorrerle simultaneamente.
“Tuttavia, questi segnali tendono a rimbalzare sui bordi della fibra, creando confusione nei dati trasmessi“. Per affrontare questo problema, i ricercatori inizialmente hanno utilizzato reti neurali artificiali o modulatori di luce spaziale, ma queste soluzioni risultano lente e ad alto consumo energetico. Inoltre, richiedono una conversione dei segnali luminosi in segnali elettrici, un processo che aggiunge maggior complessità all’elaborazione.
La nuova fibra ottica supersottile
Ed è qui che entra in gioco l’innovazione del nostro team di ricerca, composto da ricercatori delle Università di Shanghai per la Scienza e la Tecnologia, della Southeast University di Nanchino e dell’Università di Tecnologia di Sydney.
In un loro articolo pubblicato su Nature Photonics, i ricercatori hanno voluto potenziare la tecnologia della fibra ottica integrando reti neurali diffrattive sulle estremità di fibre multimodali. Queste reti, delle dimensioni di un granello di sale, sono in grado di analizzare i segnali luminosi in tempo reale senza necessitare di conversione in segnali elettrici. Questo permette di evitare ritardi computazionali, ottimizzare il consumo energetico e rendere la fibra molto più efficiente rispetto alle tecnologie precedenti.
In termini di prestazioni, i ricercatori hanno dichiarato all’SCMP che la loro fibra supersottile “potrebbe trasportare decine di migliaia di volte più informazioni ottiche rispetto alle tradizionali fibre monomodali“.
Applicazioni rivoluzionarie per la medicina
Sempre la testata riferisce che il team sta ora lavorando con un ospedale sull’isola di Hainan, nel sud della Cina, per testare la fibra supersottile per l’uso in endoscopie minimamente invasive. L’idea è di integrare le reti neurali diffrattive per rilevare segnali luminosi che indicano la presenza di lesioni nei campioni prelevati dai pazienti.
“Le discussioni con i medici hanno offerto indicazioni per la direzione della nostra ricerca“, ha detto il professor Yu Haoyi, tra gli autori della ricerca. “I pazienti potrebbero ingerire materiali innocui e luminescenti che fanno brillare gli organi mirati, consentendo al nostro dispositivo in fibra ottica di rilevare eventuali anomalie“.
Questa tecnologia potrebbe, in un futuro prossimo, essere utilizzata per eseguire endoscopie in tempo reale del cervello e altre aree del corpo, con una risoluzione delle immagini superiore rispetto agli strumenti attuali. La fibra potrebbe essere integrata in dispositivi medici minimamente invasivi, riducendo i rischi e migliorando la qualità delle diagnosi.
Inoltre, l’uso combinato di questa fibra con algoritmi di deep learning potrebbe rivoluzionare la diagnosi precoce. “Possiamo anche integrare il dispositivo con un algoritmo di deep learning addestrato a identificare i cambiamenti patologici per migliorare l’accuratezza dello screening, facilitando così la diagnosi precoce e il trattamento“, ha affermato.
