Progetto Hermes, il futuro delle comunicazioni passa dal grafene

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Sistemi di nuova generazione

Può sembrare fantascienza, ma è il tipo di esperienza che le tecnologie di comunicazione del futuro potrebbero rendere possibile. In questa direzione si muove Hermes, progetto europeo dell’Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale finanziato nell’ambito del programma Horizon Europe, che punta a sviluppare una nuova generazione di sistemi per lo scambio di dati ad altissima velocità basati sul grafene. L’obiettivo è sviluppare tecnologie capaci non solo di trasferire enormi quantità di informazioni a velocità oggi impensabili, ma anche di trasmetterli e riceverli simultaneamente in modo sicuro e affidabile. Un’iniziativa che unisce ricerca scientifica, innovazione industriale e formazione internazionale, coinvolgendo università, enti di ricerca e partner industriali di diversi paesi con l’obiettivo di trasformare le comunicazioni del futuro.

Un progetto europeo che unisce ricerca e industria

Ne abbiamo parlato con Antonio Maffucci, professore ordinario di Elettrotecnica presso l’Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale, coordinatore del progetto Hermes, attraverso il quale coordina un consorzio internazionale composto da nove partner tra università, enti di ricerca e realtà industriali provenienti da Italia, Finlandia, Lituania, Francia, Regno Unito e Giappone.

Professor Maffucci, qual è la sfida che Hermes si propone di affrontare?

Le tecnologie di comunicazione che utilizziamo oggi hanno consentito progressi straordinari, ma stanno progressivamente avvicinandosi ai limiti imposti dalle frequenze su cui operano. Per continuare ad aumentare la velocità di trasmissione dei dati è necessario esplorare nuove frontiere. Hermes nasce proprio con questo obiettivo: sfruttare la banda di frequenza dei terahertz, una regione dello spettro elettromagnetico che offre enormi potenzialità ma che, fino a oggi, è rimasta difficile da utilizzare in modo efficiente a causa di importanti ostacoli tecnologici. La nostra ricerca punta a superare queste limitazioni attraverso lo sviluppo di dispositivi innovativi basati sul grafene, capaci di trasmettere e ricevere dati a velocità estremamente superiori rispetto a quelle raggiungibili con le tecnologie attuali. Naturalmente non ci interessa soltanto dimostrare che questi sistemi funzionano in laboratorio. L’obiettivo finale è dimostrarne la fattibilità industriale, creando le condizioni affinché possano essere adottati su larga scala nei prossimi anni e diventare parte integrante delle future infrastrutture di comunicazione.

Hermes è anche un progetto che mette in dialogo mondi diversi: università, ricerca e industria. Quanto conta questa dimensione collaborativa?

È un aspetto fondamentale e rappresenta uno dei punti di forza del progetto. Hermes è un’iniziativa di ricerca pubblica finanziata dalla Commissione Europea nell’ambito del programma Horizon Europe Marie Skłodowska-Curie Actions Staff Exchanges. La durata prevista è di quattro anni e il progetto coinvolge una rete internazionale composta da nove team tra università, enti di ricerca e partner industriali. La collaborazione non è semplicemente uno strumento operativo, ma costituisce il cuore stesso della visione del progetto. Le sfide che stiamo affrontando richiedono competenze molto diverse tra loro: elettronica del grafene, nanotecnologie, sistemi di comunicazione, fotonica, tecnologie quantistiche e sviluppo industriale. Per questo Hermes punta a favorire lo scambio di conoscenze e competenze attraverso una rete internazionale, interdisciplinare e intersettoriale che riunisce università, enti di ricerca e partner industriali.

I membri del consorzio collaborano condividendo competenze, risorse ed esperienze, creando un ecosistema di ricerca capace di generare innovazione e nuove opportunità di sviluppo. Un elemento particolarmente importante riguarda la formazione. Attraverso attività congiunte, programmi di mobilità e collaborazioni con le imprese, Hermes contribuirà alla crescita di una nuova generazione di ricercatori, offrendo loro l’opportunità di confrontarsi sia con le grandi sfide scientifiche sia con le esigenze concrete del mondo produttivo.

Quindi il progetto guarda anche al futuro della ricerca europea?

Quando si lavora nell’ambito di un’iniziativa finanziata dall’Unione Europea si è chiamati non solo a produrre risultati scientifici, ma anche a contribuire a obiettivi più ampi che riguardano la competitività, l’innovazione e la crescita delle competenze. Formare nuovi ricercatori significa garantire continuità e rinnovamento al lavoro che stiamo svolgendo oggi. Significa trasferire conoscenze, creare nuove opportunità professionali e costruire competenze che saranno fondamentali per lo sviluppo delle tecnologie del futuro. I giovani coinvolti nel progetto avranno la possibilità di sviluppare non soltanto competenze tecniche avanzate, ma anche capacità imprenditoriali e innovative che potranno rivelarsi decisive nel loro percorso professionale. Inoltre, Hermes dialogherà con altre iniziative in corso che coinvolgono diversi membri del consorzio, tra cui l’European Research Institute for Nanomaterials and Nanotechnologies (Eutinn), istituito nell’ambito dell’alleanza European University of Technology (EUt+). Queste sinergie permetteranno di amplificare l’impatto delle attività di ricerca e di consolidare ulteriormente la rete internazionale costruita attorno al progetto.

Uno degli aspetti più affascinanti di Hermes è l’utilizzo del grafene. Perché questo materiale è considerato così rivoluzionario?

Il grafene è uno dei materiali più promettenti sviluppati negli ultimi decenni. È costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in una struttura a nido d’ape e possiede proprietà elettroniche, ottiche ed elettromagnetiche davvero straordinarie. All’interno di questa struttura gli elettroni possono oscillare collettivamente generando fenomeni chiamati plasmoni. Questi plasmoni interagiscono in modo particolarmente efficace con la radiazione elettromagnetica, consentendo un elevato confinamento della luce, una grande capacità di modulazione elettrica e perdite energetiche molto ridotte. Sono caratteristiche che aprono la strada a una nuova generazione di dispositivi per l’elaborazione e la trasmissione delle informazioni. Nel progetto Hermes stiamo sviluppando dispositivi basati sul grafene e su altri materiali bidimensionali, progettati per essere integrati nelle future infrastrutture di comunicazione terahertz. L’obiettivo è realizzare dispositivi capaci di elaborare e trasferire dati a velocità molto superiori rispetto a quelle consentite dalle tecnologie oggi disponibili.

In termini pratici, che cosa significa tutto questo?

Significa immaginare chip completamente nuovi. Le informazioni potrebbero essere elaborate attraverso impulsi laser controllati da fotorivelatori e modulatori basati sul grafene. Questi dispositivi sarebbero in grado di operare a frequenze dell’ordine dei terahertz, cioè mille miliardi di cicli al secondo, mentre le tecnologie oggi più diffuse lavorano tipicamente nell’ordine dei gigahertz, cioè miliardi di cicli al secondo. Un altro aspetto molto interessante riguarda le interconnessioni. Sostituendo le tradizionali interconnessioni elettriche con guide d’onda realizzate in grafene sarebbe possibile ridurre sensibilmente la latenza, permettendo ai dati di viaggiare a velocità estremamente elevate e avvicinandosi ai limiti fisici consentiti dal materiale.

I vantaggi non si limitano però alle prestazioni. I ricevitori ottici basati sul grafene possono ridurre drasticamente il consumo energetico, mentre i modulatori realizzati con questo materiale risultano oltre quattrocento volte più piccoli rispetto alle equivalenti soluzioni in silicio. Questo significa poter integrare un numero molto maggiore di canali dati all’interno di un singolo chip, aumentando la capacità complessiva dei sistemi di comunicazione e riducendone allo stesso tempo l’ingombro e i consumi.

Quali sono le principali sfide da affrontare per trasformare queste tecnologie in realtà?

Una delle sfide più importanti riguarda l’integrazione. Non basta realizzare dispositivi innovativi. È necessario fare in modo che possano dialogare con i sistemi di comunicazione esistenti, incentrati sia su tecnologie elettriche che ottiche. Per questo motivo una parte significativa del lavoro sarà dedicata alla realizzazione di un sistema completo end-to-end, capace di dimostrare in modo concreto l’efficacia delle tecnologie di comunicazione abilitate dal grafene. In altre parole, i dispositivi basati sul grafene potrebbero rendere le comunicazioni molto più veloci ed efficienti rispetto a quelle attuali, permettendo di trasferire una quantità maggiore di dati consumando meno energia e producendo meno calore. Caratteristiche che ne favorirebbero l’utilizzo su larga scala anche in ambito industriale.

Come cambierà la vita delle persone grazie a innovazioni come quelle sviluppate in Hermes?

Le ricadute potrebbero essere molto ampie. Pensiamo innanzitutto agli smart device che utilizziamo ogni giorno. Attività come la navigazione web, lo streaming di contenuti multimediali o il download di grandi quantità di dati potrebbero diventare enormemente più rapide rispetto a quanto avviene oggi. Ma le prospettive più interessanti riguardano probabilmente le future reti wireless 6G. Si stima che possano raggiungere velocità di trasmissione fino a un terabit al secondo, un valore enormemente superiore rispetto alle decine di gigabit al secondo offerte dalle tecnologie attuali.

Questo livello di prestazioni potrebbe rendere possibili servizi completamente nuovi, dalla telemedicina avanzata all’assistenza sanitaria a distanza, consentendo scambi di dati in tempo reale e con livelli di affidabilità molto elevati. Anche il settore del supercalcolo e dell’Ia beneficerà enormemente delle comunicazioni ad altissima velocità. La possibilità di trasferire e processare rapidamente enormi quantità di dati rappresenta infatti uno dei fattori chiave per lo sviluppo di grandi infrastrutture industriali dedicate all’Ia. Infine, i sistemi di comunicazione terahertz potranno contribuire a migliorare il monitoraggio degli ambienti interni attraverso reti di sensori in grado di raccogliere e trasmettere dati in tempo reale. Questo consentirà di aumentare sicurezza ed efficienza nella gestione di edifici intelligenti, infrastrutture e impianti industriali.

Per saperne di più

www.hermes-project.eu