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Title:
Come funzionano veramente gli smartphone
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Description:
Vi siete mai chiesti come funzionino gli smartphone? La scienziata Cathy Mulzer vi guiderà in un viaggio fino al livello atomico, rivelando come quasi tutti i componenti dei potentissimi dispositivi esiste grazie ai chimici-- e non grazie agli imprenditori della Silicon Valley come invece crede la maggior parte delle persone. Come dice lei: "La chimica è l'eroina delle comunicazioni elettroniche".
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Speaker:
Cathy Mulzer
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Quando iniziai il liceo
con il mio nuovo telefono Nokia,
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pensavo di avere il nuovissimo
e più bel rimpiazzo
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del mio vecchio walkie-talkie rosa
da principessa.
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Però, ora io e i miei amici potevamo
mandarci messaggini o parlarci
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ovunque fossimo,
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invece di fare finta,
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quando scorrazzavamo
tra i nostri giardini.
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Ora, sarò onesta.
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Al tempo, non pensavo molto a come
erano fatti questi dispositivi.
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Apparivano il giorno di Natale,
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forse li facevano gli elfi
nel laboratorio di Babbo Natale.
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Ho una domanda per voi.
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Chi credete siano i veri elfi
che creano questi dispositivi?
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Se lo chiedessi a molte
persone che conosco,
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direbbero che sono gli ingegneri in felpa
della Silicon Valley
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che lavorano alla programmazione.
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Ma questi dispositivi
richiedono molto lavoro
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prima che siano pronti
per qualsiasi programma.
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Questi dispositivi cominciano
a livello atomico.
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Se lo chiedete a me,
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i chimici sono i veri folletti.
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Esatto, ho detto l chimici,
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La chimica è la vera eroina delle
comunicazioni elettroniche.
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E il mio scopo oggi è quello
di convincervi
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ad essere d'accordo con me.
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Ok, partiamo da qualcosa di semplice,
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e guardiamo dentro a questi dispositivi
che creano così tanta dipendenza.
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Perché senza la chimica,
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la superstrada delle informazioni
che tanto amiamo
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sarebbe soltanto uno scintillante
e costoso fermacarte.
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La chimica fa funzionare
tutti questi strati.
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Iniziamo dallo schermo.
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Come credete che si ottengano
quei colori così vividi e brillanti
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che amiamo così tanto?
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Beh, ve lo dico io.
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All'interno dello schermo
ci sono polimeri organici
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che trasformano l'elettricità
nei colori blu, rosso e verde
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che ci piace vedere nelle nostre foto.
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E se passassimo alla batteria?
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Qui sì che c'è una bella ricerca.
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Come prendere i principi chimici
delle batterie tradizionali
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e metterli insieme ai nuovi
elettrodi di superficie,
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così da includere più carica
in uno spazio più piccolo,
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per poter dare energia
ai dispositivi tutto il giorno,
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mentre ci facciamo i selfie,
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senza dover ricaricare le batterie
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o star seduti attaccati
a una presa elettrica?
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E se parlassimo degli adesivi
che tengono tutto insieme,
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così che possono resistere all'uso
frequente che ne facciamo?
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Dopotutto, da millennial,
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devo tirar fuori il mio telefono almeno
200 volte al giorno per controllarlo,
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e nel farlo, lo faccio cadere
due o tre volte.
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Ma quali sono i veri cervelli
di questi dispositivi?
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Cosa li fa funzionare nel modo
che ci piace così tanto?
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Beh, questo ha a che fare con i
componenti elettrici e i circuiti
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che sono stampati
nella scheda elettronica.
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O forse preferite una metafora biologica--
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la scheda madre,
forse ne avete sentito parlare.
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Invece, non si parla molto
del circuito stampato.
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E sinceramente, non so perché.
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Forse perché è lo strato meno sexy
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ed è nascosto sotto tutti
gli altri bellissimi strati.
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Ma è arrivato il momento
di dare a questo componente Clark Kent
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il merito da Superman che si merita.
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E quindi vi faccio una domanda.
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Che cosa pensate sia
il circuito stampato?
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Prendete una metafora.
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Pensate alla città in cui vivete.
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Ci sono tutti questi luoghi
di interesse che volete raggiungere:
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casa vostra, dove lavorate, i ristoranti,
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un paio di Starbucks in ogni isolato.
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E così costruiamo strade
che li connettono tutti.
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Ecco cosa è il circuito stampato.
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Solo che, invece di avere cose
come ristoranti,
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abbiamo transistor sopra dei chip,
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condensatori, resistenze,
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tutti questi componenti elettrici
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che devono trovare il modo
di comunicare fra di loro.
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E quali sono le nostre strade?
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Costruiamo dei piccolissimi
cavi di rame.
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La domanda successiva è,
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come facciamo questi piccoli cavi di rame?
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Sono davvero piccoli.
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Andiamo dal ferramenta,
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prendiamo una bobina di filo di rame,
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una tronchesina, tagliamo un po',
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cuciamo tutto insieme e poi, sbam!
Abbiamo il nostro circuito stampato?
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Assolutamente no.
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Questi cavi sono troppo piccoli per farlo.
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Così, dobbiamo affidarci
alla nostra amica: la chimica.
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Ora, il processo chimico per creare
questi piccolissimi cavi in rame
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è apparentemente semplice.
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Iniziamo con una soluzione
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di sfere di rame a carica positiva.
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Poi aggiungiamo
un circuito stampato isolato.
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E alimentiamo le sfere di carica positiva
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con degli elettroni di carica negativa
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aggiungendo formaldeide alla miscela.
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Vi ricordate la formaldeide.
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Dall'odore tipico,
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usato per conservare le rane
nelle lezioni di biologia.
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Sembra che possa fare molto più di quello.
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Ed è un vero componente chiave
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nella produzione dei cavi di rame sottili.
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Gli elettroni sulla formaldeide
hanno un istinto.
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Vogliono passare alle sfere in rame
caricate positivamente.
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E tutto a causa di un processo
chiamato ossidoriduzione.
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E quando questo avviene,
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possiamo prendere queste
sfere di rame a carica positiva
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e trasformarle in brillante
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lucente, rame metallico e conduttivo.
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E una volta ottenuto rame conduttivo,
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siamo a un buon punto.
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E facciamo comunicare
quei componenti elettrici
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fra di loro.
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Quindi, di nuovo grazie alla chimica.
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a pensare quanto siamo
arrivati lontano con la chimica.
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Chiaramente, nelle comunicazioni
elettroniche,
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la dimensione conta.
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Quindi, pensiamo a come possiamo
rimpicciolire i nostri dispositivi,
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così da poter passare dal cellulare
Zack Morris degli anni 90
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a qualcosa di più elegante,
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come i telefoni di oggi che possono
stare in una tasca.
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Siamo realistici però:
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niente può veramente entrare nelle
tasche dei pantaloni da donna,
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se si riesce a trovare un
paio di pantaloni con le tasche.
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E non credo che la chimica possa
aiutarci con questo problema.
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Ma più che rimpicciolire il dispositivo,
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è come rimpiccioliamo
il circuito al suo interno
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e rimpicciolirlo di 100 volte,
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così da portare il circuito da micrometri
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fino ai nanometri?
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Perché, diciamolo,
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ora, ciò che vogliamo sono telefoni
più potenti e più veloci.
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Per maggiore potenza e velocità
occorre più circuiteria.
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Quindi, come lo facciamo?
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Non abbiamo il raggio magico
elettromagnetico che rimpicciolisce,
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come il Prof. Wayne Szalinski in
"Tesoro mi si sono ristretti i ragazzi"
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per rimpicciolire i suoi bambini.
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Per sbaglio ovviamente.
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Oppure lo abbiamo?
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Beh, in realtà, in questo campo,
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c'è una procedimento
che è molto simile a quello.
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E si chiama fotolitografia.
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Nella fotolitografia, prendiamo
la radiazione elettromagnetica,
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o quello che noi chiamiamo luce,
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e la usiamo per rimpicciolire
parte del circuito,
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così che potremmo inserirne di più
in uno spazio veramente piccolo.
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Iniziamo da un substrato
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con una pellicola sensibile alla luce.
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Poi lo copriamo con una maschera
sulle quali sono diesegnate
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linee sottili e le caratteristiche
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che faranno funzionare il telefono
nel modo in cui vogliamo.
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Poi lo esponiamo a luce intensa
che facciamo passare dalla maschera
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e questo crea un'ombra di
disegno sulla superficie.
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Da qualsiasi punto la luce passi
attraverso la maschera,
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causerà una reazione chimica.
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E brucerà l'immagine
dello schema sul substrato.
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La domanda che vi state forse chiedendo è:
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come si passa da un'immagine impressa
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alle linee sottili e pulite
e alle caratteristiche?
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E per questo, dobbiamo usare
una soluzione chimica
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chiamata sviluppatore.
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Ora, lo sviluppatore è speciale.
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Può prendere tutte le aree non esposte
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e rimuoverle in modo selettivo,
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lasciando delle linee
sottili pulite e le caratteristiche
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e far funzionare
il nostro dispositivo miniaturizzato.
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Quindi, abbiamo usato la chimica
per costruire i dispositivi
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e l'abbiamo usata per rimpicciolirli.
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Quindi forse vi ho convinto
che la chimica è la vera eroina
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e che potremmo anche finirla qui.
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Un momento, non abbiamo finito.
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Non così presto.
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Perché siamo tutti essere umani.
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E come essere umano, voglio di più.
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E così ora voglio pensare
a come usare la chimica
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per ottenere ancora
di più dal dispositivo.
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Ora ci viene detto che quello che
vogliamo è qualcosa che si chiama 5G,
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o la promessa quinta
generazione wireless.
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Ora, potreste aver sentito del 5G
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nelle pubblicità che cominciano a uscire,
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O forse qualcuno di voi l'ha già usata
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durante le olimpiadi invernali del 2018.
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Quello che mi entusiasma di più del 5G
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è che, quando sono in ritardo, uscendo
di corsa di casa per prendere un volo,
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posso scaricare dei film
sul dispositivo in 40 secondi
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invece di 40 minuti.
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Ma una volta che avremo il vero 5G,
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sarà molto di più
dello scaricare quanti più film
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possiamo mettere sul dispositivo.
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Quindi la domanda è,
perché non abbiamo ancora il 5G?
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E vi dirò un piccolo segreto.
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La risposta è piuttosto facile.
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È molto difficile da fare.
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Vedete, se usate i materiali
tradizionali e il rame
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per costruire dispositivi 5G,
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il segnale non riuscirà
a raggiungere la sua destinazione.
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Nel metodo tradizionale,
usiamo degli strati isolanti molto ruvidi
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per supportare i fili di rame.
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Pensate alle chiusure di velcro.
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È la ruvidità dei due pezzi
che li fa stare insieme.
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Questo è molto importante
se volete avere un dispositivo
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che duri più a lungo
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di quanto ci vuole a scartarlo
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e a installarci tutte le applicazioni.
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Ma questa ruvidità causa un problema.
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Vedete, alla velocità per il 5G
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il segnale deve viaggiare vicino
a quella ruvidità.
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E questo fa si che si perda prima
di raggiungere la sua destinazione finale.
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Pensate ad una catena montuosa.
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Con un sistema complesso
di strade che vanno su e giù
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e voi cercate di arrivare
dall'altra parte.
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Non credete anche voi
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che probabilmente ci vorrà
tantissimo tempo
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e che probabilmente vi perderete,
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se doveste andare su e giù
per tutte le montagne,
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invece di scavare un tunnel piatto
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che può andarci direttamente attraverso?
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È la stessa cosa con i dispositivi 5G.
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Se potessimo rimuovere questa ruvidità,
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allora potremmo mandare il segnale 5G
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direttamente senza interruzioni.
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Sembra bello vero?
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Non ho detto che abbiamo
bisogno della ruvidità
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per tenere insieme il dispositivo?
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E se lo rimuovessimo, il rame
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non si attaccherebbe più
al substrato sottostante.
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Pensate a costruire una casa
con pezzi di Lego,
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con i recessi e fessure
che si attaccano insieme,
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invece di mattoncini lisci.
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Quale dei due avrà
più integrità strutturale
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quando un bambino di due anni
ci passerà vicino muovendosi velocemente,
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facendo finta di essere Godzilla
e buttando giù tutto?
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Ma se mettessimo della colla
su quei mattoncini lisci?
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Ed è questo che l'industria
sta aspettando.
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Aspetta che i chimici
progettino delle superfici nuove e lisce
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con maggiore adesione intrinseca
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per alcuni di questi cavi di rame
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E quando risolveremo il problema,
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e lo risolveremo,
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e lavoreremo con i fisici e gli ingegneri
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per risolvere tutte le sfide del 5G,
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allora il numero di applicazioni
andrà alle stelle.
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Quindi, sì, avremmo cose come auto
che guidano da sole,
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perché le nostre reti di dati potranno
gestire la velocità
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e la quantità di informazione necessaria
per farle funzionare.
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Ma cominciamo a usare l'immaginazione.
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Immaginiamo di andare al ristorante con
un amico che è allergico alle noccioline,
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prendere il telefono,
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muoverlo sopra il cibo
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e farci dare dal cibo
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una risposta veramente importante
a una domanda--
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mortale o sicuro da mangiare?
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O forse i dispositivi saranno così bravi
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a processare le informazioni su di noi,
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da diventare come i nostri
personal trainer.
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E conosceranno il modo più efficiente
per farci bruciare le calorie.
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So che a Novembre,
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quando proverò a perdere
un po' del peso della gravidanza,
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mi piacerebbe avere un dispositivo
che mi dica come farlo.
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Non so come altro dirlo,
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tranne che la chimica è forte.
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E fa funzionare tutti questi
dispositivi elettronici.
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Quindi, la prossima volta
che mandate un sms o vi fate un selfie,
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pensate a tutti gli atomi
che stanno lavorando sodo
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e le innovazioni che ci sono state
prima di loro.
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Chissà,
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forse alcuni di voi che state ascoltando,
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forse anche dai vostri cellulari,
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decideranno che anche voi
vorrete fare da spalla
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a Capitan Chimica,
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la vera eroina
dei dispositivi elettronici.
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Grazie per la vostra attenzione
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e grazie alla chimica.
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