STORIA | 60 anni di laser: Cosa riserva il futuro? (Parte 2)

STORIA | 60 anni di laser (2/2) - Il laser è stato inventato 60 anni fa, nel 1960. In occasione del suo 60° anniversario, giornalisti ed esperti del settore raccontano l'impatto che la tecnologia laser ha avuto in Germania e valutano il suo futuro.

Il 6 maggio 1964, il New York Times pubblicò un'intervista con Theodor Maiman, l'uomo che aveva costruito il primo laser nel Mai 1960. 60 anni dopo sappiamo quanti problemi ha risolto la sua invenzione. Senza i laser, non avremmo internet, non avremmo i computer e non avremmo il sequenziamento dei geni, per citare solo alcune delle principali applicazioni. Ma ci sono voluti 60 anni e molte menti brillanti in tutto il mondo per ottenere tutti questi problemi risolti con i laser.

Di Nikolaus Fecht (Dipl.-Ing. presso Deutsche Presse-Agentur) e Dr. Andreas Thoss (amministratore delegato presso THOSS Media GmbH)

Quando Peter Leibinger, Chief Technology Officer di TRUMPF, ha dichiarato che il laser è ormai una merce, ha suscitato qualche perplessità. Questo accadeva alla fiera LASYS nel 2013. Da allora, il mercato ha continuato a crescere, con quattro aziende laser che hanno raggiunto il miliardo di vendite solo tre anni dopo. In Cina, il più grande mercato del mondo per i laser, i sistemi fino alla gamma di kilowatt competono duramente per il prezzo più basso. Il laser è diventato solo un'altra merce?

Christian Schmitz, amministratore delegato per la tecnologia laser alla TRUMPF, ha detto:

"In realtà lo accetterei volentieri. La mercificazione significa maggiori quantità, il che a sua volta rende il laser un'opzione per altre applicazioni. Lo vedo come un segno che il laser è diventato un grande successo"

Ma che ne sarà del futuro di un pioniere dell'alta tecnologia come TRUMPF?

"Come produttore commerciale di laser, siamo anche in grado di competere in mercati più grandi. Tuttavia, non abbiamo intenzione di rinunciare al mercato delle applicazioni di fascia alta"

Per Schmitz questo significa, ad esempio, la produzione di laser per l'industria dei semiconduttori. TRUMPF fornisce ad ASML, il fornitore olandese di sistemi di fotolitografia, il laser più potente al mondo prodotto in serie. TRUMPF ha dedicato 15 anni allo sviluppo di questa applicazione laser estremamente specializzata, che probabilmente rappresenterà più del 10% delle vendite totali nel 2020. Inoltre, è destinato a crescere ulteriormente, in controtendenza rispetto alla tendenza generale dell'industria delle macchine utensili

Nel novembre 2020, un team di Zeiss, Trumpf e Fraunhofer IOF ha ricevuto il "Deutscher Zukunftspreis" (premio tedesco per il futuro) per lo sviluppo della litografia EUV. Un progetto che è sostenuto da più di 2.000 brevetti. Schmitz spiega

"Per realizzare un progetto high-tech come questo, sta diventando sempre più importante trovare i partner giusti - persone con cui si può sfruttare il pieno potenziale tecnologico di applicazioni avanzate come questa"

Largo ai potenti laser di precisione

Per Tünnermann,

"Un primo esempio di questo, a mio parere, è lo sviluppo di laser a impulsi ultracorti per la lavorazione dei materiali. Negli anni '90 siamo stati in grado di dimostrare [al Laser Zentrum Hannover] che i laser a impulsi ultracorti possono essere utilizzati per tessere i metalli con una precisione nell'ordine del micrometro, ma senza danni significativi al materiale. La sperimentazione iniziale per questo era parte di un progetto congiunto del BMBF. (Tra i partner c'erano aziende come Bosch e TRUMPF). Questo ha portato anche a un Deutscher Zukunftspreis - in questo caso, per il team che aveva lavorato al progetto congiunto BMBF"

Ora la lavorazione dei materiali con impulsi ultracorti (USP) viene portata a un nuovo livello. CAPS, il Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources, è coordinato congiuntamente da Fraunhofer IOF e Fraunhofer ILT. CAPS si impegna a portare i laser USP dal laboratorio alla produzione industriale, spiega Constantin Häfner, appena nominato direttore del Fraunhofer ILT

"Stiamo fornendo l'accesso a questi nuovi laser USP ad alte prestazioni in una fase iniziale. E abbiamo allestito strutture sia a Jena che ad Aquisgrana, dove le aziende interessate possono venire a provare queste fonti laser uniche e acquisire così l'esperienza necessaria per sviluppare le proprie applicazioni"

A questo scopo, non solo la potenza di uscita è stata aumentata a 20 kilowatt senza precedenti. Gli esperti del Fraunhofer migliorano anche tutte le tecnologie lungo la catena del valore - dalla simulazione a una serie di applicazioni. CAPs, quindi, offre non solo una solida base di know-how di base sulla tecnologia laser, ma anche l'opportunità di cooperare con gli istituti Fraunhofer 13 sullo sviluppo di nuove tecnologie e, infine, nuove applicazioni.

La fabbricazione additiva di organi umani

La ricerca interdisciplinare è già iniziata. Nel campo della medicina, per esempio, la microscopia a scansione laser a super-risoluzione - una tecnologia che ha ricevuto diversi premi Nobel - è già in uso. In futuro, la tecnologia laser potrebbe affermarsi anche in altre aree del lavoro di laboratorio. Al Fraunhofer ILT, i ricercatori stanno studiando l'interazione tra fotoni e cellule biologiche, spiega Häfner:

"Stiamo lavorando sul bioprinting come un modo per creare strutture di tessuto 3D. Usando biomateriali e cellule viventi, possiamo ora creare strutture biologiche che imitano le proprietà immunologiche, cellulari e anatomiche di un paziente umano. A lungo termine, potrebbe anche essere possibile utilizzare la produzione additiva per produrre tessuti e organi personalizzati in laboratorio. Questo ci aiuterebbe a soddisfare il bisogno di trapianti umani"

La corsa per sfruttare la tecnologia quantistica

L'argomento più caldo nel campo della ricerca laser applicata in questo momento è la tecnologia quantistica. Nel febbraio 2020, il governo federale tedesco ha annunciato un finanziamento di 600 milioni di euro per questo campo, seguito da altri 2 miliardi come parte del bilancio COVID-19. Questo è probabilmente più del totale combinato di tutti i finanziamenti passati per la tecnologia laser.

Tünnermann, del Fraunhofer IOF, ricorda che "la Germania promuove la tecnologia quantistica già da alcuni decenni"

In risposta all'affermazione che la Cina e gli Stati Uniti sono già molto avanti, risponde:

"La mia sensazione è che le economie di maggior successo saranno quelle che hanno strutture in atto per promuovere attivamente il trasferimento di questa tecnologia. Ecco perché la fotonica è un esempio eccellente - ed è un buon modello per un successo duraturo con la tecnologia quantistica"

Attualmente, è in corso un processo di agenda nazionale in cui gli esperti dell'industria, della ricerca e delle comunità di utenti sono in rete per garantire che i finanziamenti per la tecnologia quantistica siano utilizzati nel modo più efficace

I laser possono risolvere il problema dell'energia?

Negli anni '60, il laser era visto come "la prossima grande cosa" dopo l'energia atomica. A differenza dell'energia nucleare, la tecnologia laser è effettivamente entrata a far parte della vita quotidiana. Svolge già un ruolo chiave nei campi delle telecomunicazioni e dell'ingegneria di produzione - e la sua importanza continuerà a crescere.

Una startup tedesca ha piani ancora più ambiziosi: Marvel Fusion GmbH studierà la fusione nucleare basata sul laser. La tecnologia per questo si basa su sistemi del tipo in fase di sviluppo all'interno di una rete di ricerca europea nota come Extreme Light Infrastructure (ELI)

Sostenuta da un finanziamento che ora è cresciuto fino a un miliardo di euro, ELI comprende tre istituti nell'Europa orientale. Questi stanno lavorando per realizzare la grande visione di Gérard Mourou, vincitore del premio Nobel per la fisica 2018. Nella sua Nobel Lecture, Mourou è passato dalla scoperta iniziale di Maiman a un punto lontano nel futuro, quando i laser potranno diventare acceleratori di particelle, o creare condizioni paragonabili a quelle all'interno delle stelle. Accenderanno la fusione nucleare. E saranno così intensi da estrarre particelle dal vuoto. Marvel Fusion sta lavorando su questa strada verso soluzioni fattibili.

Così il laser ha risolto molti problemi che erano sconosciuti quando Maiman parlava di una soluzione in cerca di un problema. Tuttavia, come ha promesso il visionario Gérard Mourou, "il meglio deve ancora venire!"