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SAN CARLOS DE BARILOCHE.- In termini di telecomunicazioni, una delle sfide più grandi e urgenti nel mondo è quella di estendere le attuali capacità delle apparecchiature per soddisfare la crescente domanda di connettività della società moderna. Tra gli altri progetti in fase di sviluppo, esperti argentini stanno lavorando in questa città della Patagonia per trovare tecnologie che integrino quelle già in uso, che stanno raggiungendo il loro limite. Su quel percorso, la fotonica si posiziona come il candidato ideale per integrare l’uso delle frequenze radio convenzionali.
“Lui lo spettro delle comunicazioni elettromagnetiche è altamente saturosoprattutto satellitare, perché lo spazio libero è condiviso – avverte il ricercatore del Conicet e della Commissione nazionale per l’energia atomica (CNEA) Caso Pablo Costanzo, riferito alle frequenze utilizzate per trasmettere informazioni tra dispositivi in modalità wireless. “Questo la differenzia dalla fibra ottica, che è un mezzo confinato: se una ha un canale, gli puoi mettere accanto un’altra fibra ottica, che è un altro canale che corre in parallelo e non interferisce con il primo, ed è anche possibile raddoppiare la capacità di comunicazione”, spiega. Per stabilire la comunicazione tra la Terra e i satelliti (come quelli utilizzati per fornire servizi TV o Internet via satellite), “ciò che di solito si fa è trasmettere onde elettromagnetiche di radiofrequenza, microonde o anche frequenze più elevate, note anche come onde millimetriche. Tutto quello spettro, che è condiviso e regolato, è finito. Ed è pieno -chiarisce-. “I satelliti per le comunicazioni incontrano una saturazione dello spettro elettromagnetico”.
Costanzo Caso, stabilitosi a Bariloche dieci anni fa, attualmente dirige il Dipartimento di Ingegneria delle Telecomunicazioni dell’Istituto Balseiro. E avverte che ci sono molti modi per trovare soluzioni alla necessità di trasmettere sempre più informazioni tra la superficie terrestre e i satelliti in orbita: uno di questi consiste nell'”allargare ulteriormente l’autostrada e utilizzare nuove corsie”. Alla trasmissione delle onde radio (a frequenze di megahertz) seguono le microonde (di alcuni gigahertz), poi le onde millimetriche, che sono frequenze più alte, di decine di gigahertz, e oltre queste ci sono le frequenze ottiche, in cui i terahertz o regione dell’infrarosso, che è radiazioni non ionizzanti.
“Quello che stiamo cercando ora è utilizzare una regione dello spettro che ha frequenze molto più alte, legate alla luce infrarossa, e che non è satura. Questo ci dà la possibilità di trasmettere più informazioni e in modo più efficiente”, afferma Costanzo Caso.
Basandosi sull’esperienza con le reti in fibra ottica del Dipartimento di Ingegneria delle Telecomunicazioni di Balseiro, hanno iniziato a lavorare in collaborazione con un’azienda americana, Cielo (fondata dagli argentini Santiago Tempone e Marcos Franceschini)per la progettazione di una rete di satelliti in orbita bassa che comunicano tra loro otticamente codificando l’intensità della luce trasmessa.
“Questi satelliti girano intorno alla Terra molte volte al giorno. Così si riduce il tempo di visibilità che si ha in ciascuna regione geografica, cosa che rende difficile un servizio dati continuo – chiarisce Costanzo Caso, in riferimento ai satelliti che, visti da terra, attraversano il cielo da un lato all’altro dell’orizzonte ., a circa 500 km di altezza. Ecco perché è fondamentale non solo che i satelliti in orbita bassa comunichino tra loro, ma, a loro volta, siano in grado di comunicare con un satellite geostazionario, che ha visibilità 24 ore su 24 con un determinato luogo sulla Terra. In questo modo si genera una trasmissione indiretta”, spiega l’ingegnere.
E si emoziona: “Lo siamo progettare un collegamento ottico che metta in comunicazione i satelliti in orbita bassa di quella rete – alcuni o tutti – con il satellite geostazionario situato a 40mila chilometri di distanza. In generale, le soluzioni a disposizione delle aziende sono collegamenti non coerenti, l’equivalente di accendere e spegnere un laser (trasmettitore). La verità è che esistono altri modi più efficienti di trasmettere e codificare le informazioni, che non sono legati solo all’intensità della luce, ma anche alla frequenza della luce, ai cambiamenti di fase e alla polarizzazione, cioè a come è orientata la luce elettrica. campo, se è orizzontale, verticale, circolare, ecc.
Nel laboratorio di Bariloche hanno emulato un collegamento tra due satelliti con un sistema di comunicazione coerente che utilizza varie dimensioni per codificare, come ampiezza, frequenza, fase e polarizzazione. Quello aumenta significativamente la quantità di informazioni che possono essere trasmessepoiché l’informazione è codificata in molte parti del segnale.
“Sviluppiamo questa tecnologia da molti anni e siamo cresciuti nell’affidabilità, complessità e robustezza del sistema implementato, che è di migliore qualità e ha una maggiore capacità di trasmettere informazioni”, aggiunge Costanzo Caso.
Riferendosi ai progetti che stanno portando avanti nei sistemi di comunicazione ottica e a microonde, il ricercatore afferma che, In tutto il mondo cresce l’interesse nel trovare alternative per trasmettere la maggior quantità di informazioni possibile al secondo: “In laboratorio abbiamo raggiunto un traguardo, ovvero quello di rendere queste comunicazioni ottiche (generare segnali, trasmetterli e riceverli senza errori) ad una velocità di 128 gigabit al secondo, l’equivalente della trasmissione di 128 miliardi di impulsi al secondo. Il sistema ottico nel nostro laboratorio funziona, trasmettiamo su una fibra di circa 100 km e stiamo lavorando per risolvere molti aspetti affinché questo collegamento possa essere sviluppato tecnicamente”.
Grazie alle capacità dimostrate, molte aziende e istituzioni si sono mostrate interessate all’elettronica necessaria per elaborare una tale quantità di informazioni. “Una delle maggiori sfide oggi in un mondo digitale è che questo segnale, che viene trasmesso analogicamente attraverso la fibra ottica, viene digitalizzato per essere elaborato o archiviato. Sono necessari trasduttori di dati, che convertono in entrambe le direzioni: da digitale ad analogico e da analogico a digitale. Stiamo lavorando con la Fondazione Fulgor per dimostrare una tecnica in grado di convertire i segnali dal mondo analogico a quello digitale e viceversa, in una larghezza di banda di circa 100 gigahertz”, aggiunge.
L’idea è realizzare in laboratorio un prototipo che servirà poi da dimostratore tecnologico per generare, ad esempio, un chip che consenta di implementare commercialmente questo sviluppo. Allo stesso modo, i quasi 30 membri del Dipartimento di Ingegneria delle Telecomunicazioni – tra ricercatori, professionisti e borsisti – cercano di progettare nuovi dispositivi per questi sistemi di comunicazione ottica.
“In un sistema di comunicazione ottica, sia nel trasmettitore che nel ricevitore, è presente una tecnologia elettronica che elabora i segnali e poi li converte nel dominio ottico per stabilire il collegamento con i segnali luminosi. Pertanto, all’interno del collegamento ottico ho la luce e posso utilizzare la tecnologia fotonica per elaborare la luce trasmessa. Lavoriamo alla progettazione di circuiti integrati ottici e in fibra ottica: vogliamo realizzare chip che elaborino direttamente la luce. Oggi è uno dei temi più “caldi” nel mondo delle telecomunicazioni, perché è la tecnologia che supporterà quello che verrà. Anche l’elettronica è satura e trova i suoi limiti nella velocità di elaborazione, nella capacità di archiviazione e di trasmissione, quindi ne ha bisogno soluzioni alternative o ibride, con componenti fotonici ed elettronici per sostenere la crescita e la domanda”, afferma il ricercatore.
Conicet e CNEA sanno che lo sviluppo delle telecomunicazioni ha un impatto su altri settori della scienza, dell’istruzione, della sanità, della giustizia e della sicurezza, oltre a generare nuove opportunità di business e iniziative legate alla produzione di beni e servizi. Negli ultimi dieci anni si sono concentrati sulla creazione di uno spazio con laboratori all’avanguardia a livello nazionale dove formare risorse umane specializzate.
“Il mondo di oggi è un mondo essenzialmente digitale -riflette-. Ciò che vediamo, gli strumenti di cui disponiamo, le applicazioni che utilizziamo e ciò che facciamo quotidianamente è fortemente influenzato dalle nuove tecnologie e strumenti che compaiono, come l’Intelligenza Artificiale. Noi, professionisti delle telecomunicazioni, ci concentriamo, in base alle nostre conoscenze, nel generare soluzioni e fornire supporto tecnologico a tutti questi strumenti e applicazioni che ci sorprendono giorno dopo giorno”.
