Di Pesach Benson • 9 settembre 2025

Gerusalemme, 9 settembre 2025 (TPS-IL) — Scienziati in Israele hanno sviluppato un metodo rivoluzionario per piegare fogli di vetro in strutture tridimensionali microscopiche direttamente su un chip, un processo che chiamano “origami fotonico”, ha annunciato martedì l’Università di Tel Aviv. La tecnica, che potrebbe aprire la strada a nuove generazioni di dispositivi per l’elaborazione dei dati, il rilevamento e la fisica sperimentale, consente di modellare il vetro in componenti ottici ultra-lisci e ad alte prestazioni su una scala precedentemente ritenuta irraggiungibile.

“Le attuali stampanti 3D producono strutture 3D ruvide che non sono otticamente uniformi e quindi non possono essere utilizzate per ottiche ad alte prestazioni”, ha affermato il professor Tal Carmon, che ha guidato la ricerca presso la School of Electrical Engineering, Fleischman Faculty of Engineering dell’Università di Tel Aviv. “Imitando il modo in cui le scaglie di una pigna si piegano verso l’esterno per rilasciare i semi, la nostra tecnica indotta da laser innesca una piegatura precisa in fogli di vetro ultra-sottili e può essere utilizzata per creare dispositivi microfotonici 3D altamente trasparenti e ultra-lisci per una varietà di applicazioni.”

Secondo lo studio, il processo di piegatura indotta da laser del team ha prodotto strutture di vetro lunghe fino a 3 millimetri e spesse solo 0,5 micron, circa 200 volte più sottili di un capello umano. I ricercatori hanno modellato con successo il vetro in eliche, nonché in specchi concavi e convessi, ottenendo superfici così lisce – con una variazione inferiore a un nanometro – che la luce si rifletteva senza distorsioni. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista peer-reviewed Optica.

“Similmente a come le grandi stampanti 3D possono fabbricare quasi ogni oggetto domestico, l’origami fotonico potrebbe consentire una varietà di minuscoli dispositivi ottici”, ha affermato Carmon. “Ad esempio, può essere utilizzato per generare lenti micro-zoom che potrebbero sostituire le cinque fotocamere separate utilizzate nella maggior parte degli smartphone o per fabbricare componenti microfotonici che utilizzano la luce invece dell’elettricità, contribuendo a guidare il passaggio verso alternative più veloci ed efficienti all’elettronica tradizionale nei nostri computer.”

La scoperta è avvenuta per caso. Carmon ha chiesto allo studente laureato Manya Malhotra di identificare il punto in cui un laser invisibile colpiva un pezzo di vetro aumentando la potenza fino a quando il materiale non brillava. Invece di brillare, il vetro si è piegato.

“È stato un momento semplice ma inaspettato”, ha ricordato Carmon. Malhotra è diventata l’esperta pioniera di quella che il gruppo ha ora definito origami fotonico.

La fisica dietro la piegatura è sorprendentemente elegante. Quando un lato del foglio di vetro viene riscaldato con un laser, si liquefà brevemente. La tensione superficiale diventa quindi più forte della gravità, tirando il vetro ammorbidito in una piega esattamente dove è focalizzato il laser.

Per applicare la tecnica in contesti pratici, l’ingegnere di laboratorio Ronen Ben Daniel ha creato sottili strati di vetro di silice su chip di silicio, che sono stati incisi per liberare il vetro lasciando piccoli supporti. Utilizzando impulsi da un laser a anidride carbonica, il team ha dimostrato che i fogli di vetro potevano essere piegati in meno di un millisecondo, muovendosi a 2 metri al secondo con un’accelerazione superiore a 2.000 metri al secondo quadrato. “È stato emozionante vedere la silice piegarsi al microscopio”, ha detto Carmon. “Il livello di controllo che avevamo sull’architettura microfotonica 3D è stata una piacevole sorpresa, soprattutto considerando che è stato ottenuto con un semplice setup che coinvolgeva un solo raggio laser focalizzato sulla piega desiderata.”

I ricercatori hanno piegato fogli spessi fino a 10 micron in forme che vanno da angoli retti a spirali, con una precisione di 0,1 microradiani. Una delle loro dimostrazioni più sorprendenti è stata un tavolo di vetro leggero e pieghevole con uno specchio concavo integrato nella sua base. Ispirato da una proposta teorica di P.K. Lam dell’Australian National University, il dispositivo potrebbe in linea di principio essere levitato otticamente per sondare possibili deviazioni dalla gravità newtoniana su scale molto piccole – esperimenti che potrebbero far luce su enigmi cosmici come la materia oscura.

Le potenziali applicazioni sono di vasta portata. L’origami fotonico potrebbe creare lenti micro-zoom che sostituiscono le molteplici lenti a fuoco fisso presenti oggi nella maggior parte dei telefoni. Invece di utilizzare cinque fotocamere separate per scatti grandangolari, standard e teleobiettivi, una singola struttura di vetro piegata potrebbe svolgere tutte queste funzioni.

Minuscoli dispositivi ottici ad alte prestazioni possono essere integrati nei chip per la diagnostica medica, il monitoraggio ambientale e il rilevamento industriale, dove dimensioni e precisione sono fondamentali. Micro-specchi e guide d’onda ultra-lisci realizzati con origami fotonico potrebbero migliorare le reti in fibra ottica, consentendo un routing dei dati più compatto ed efficiente sui chip.

Nel campo del calcolo ottico, la piegatura di vetro ultra-liscio in precisi componenti 3D potrebbe aiutare a costruire circuiti microfotonici che utilizzano la luce invece dell’elettricità, supportando un’elaborazione dei dati più veloce ed efficiente rispetto all’elettronica basata sul silicio.

Le ottiche pieghevoli potrebbero anche essere integrate in satelliti, droni o altri sistemi in cui dimensioni, peso e durata sono importanti.

“La microfotonica 3D ad alte prestazioni non era stata dimostrata in precedenza”, ha affermato Carmon. “Questa nuova tecnica porta la fotonica della silice – l’uso del vetro per guidare e controllare la luce – nella terza dimensione, aprendo possibilità completamente nuove per dispositivi ottici integrati ad alte prestazioni.