Su una lunghezza d'onda diversa, Nader Engheta guida una comunità nella luce

Tecnologia scientifica

Nader Engheta rimase perplesso quando ricevette una telefonata dal dipartimento di psicologia a proposito di un pesce.

All'inizio degli anni '90, Engheta, un nuovo professore associato di ingegneria elettrica presso la Penn's School of Engineering and Applied Science, era un rispettato esperto di tecnologie delle onde radio. Ma negli ultimi anni, il suo lavoro si è espanso verso argomenti allo stesso tempo più eccentrici e fondamentali.

L'interesse di Engheta per le onde elettromagnetiche non si limitava alle radiofrequenze, come potrebbe attestare un'ondata di nuove pubblicazioni. Alcuni studi hanno studiato una serie di interazioni d'onda con una classe di materia nota come "mezzo chirale", materiali con configurazioni molecolari che mostrano qualità di "mano destra" o sinistra. Altri stabilirono applicazioni elettromagnetiche pratiche per uno sconcertante ramo della matematica chiamato "calcolo frazionario", un'area con le stesse radici newtoniane del calcolo vero e proprio ma con una premessa tanto da far alzare le sopracciglia quanto il suggerimento che una famiglia potrebbe letteralmente includere due bambini e mezzo. .

Le onde elettromagnetiche sono organizzate su uno spettro di lunghezze d'onda. All’estremità più corta dello spettro ci sono le onde ad alta energia, come i raggi X. Nel mezzo c’è la gamma limitata che vediamo come luce visibile. E sul fronte più lungo ci sono i regimi a bassa energia della radio e del calore.

I ricercatori tendono a concentrarsi su un tipo di onda o su una sezione dello spettro, esplorando peculiarità e funzioni uniche di ciascuna. Ma tutte le onde, elettromagnetiche o meno, condividono le stesse caratteristiche: consistono in uno schema ripetuto con una certa altezza (ampiezza), velocità di vibrazione (frequenza) e distanza tra i picchi (lunghezza d'onda). Queste qualità possono definire un raggio laser, una voce trasmessa, un lago spazzato dal vento o una corda di violino.

Ho sempre saputo che la conoscenza non ha confini. I campi di ricerca hanno confini, ma sono artificiali. Puoi lavorare in diversi campi. Nader Engheta , professore della Penn Engineering e vincitore della medaglia Franklin 2023

Engheta non è mai stato il tipo di studioso che limita l'ambito della sua curiosità ad un unico campo di ricerca. È interessato alle onde, e la sua passione risiede sia nella fisica che determina il comportamento delle onde, sia nelle tecnologie sperimentali che spingono i confini di quelle leggi.

Così, quando Edward Pugh, uno psicologo matematico che studia la fisiologia della percezione visiva, spiegò che il pesce luna verde potrebbe possedere un vantaggio evolutivo per vedere sott'acqua, Engheta ascoltò.

Ben presto, i due professori della Penn si ritrovarono a osservare attentamente le immagini al microscopio delle retine verdi dei pesci luna.

Gli occhi di questo pesce contengono fotorecettori strutturati per percepire la luce polarizzata, ovvero onde luminose che oscillano in una direzione uniforme. Gli occhi umani non contengono tali strutture, incapaci di distinguere tra onde luminose che vibrano su più piani – come fa la normale luce solare – e luce che viaggia ordinatamente all’interno di un singolo piano – come potrebbe fare la luce solare dopo essere rimbalzata su una superficie solida. Per noi, l'ambiente sottomarino salmastro dei pesci è troppo torbido e sfocato per poterlo navigare a vista. Ma alcune specie marine potrebbero utilizzare la luce polarizzata che non possiamo vedere per allontanarsi dal pericolo e dirigersi verso il nutrimento.

Pugh, uno scienziato della visione, aveva domande sull'ottica. Questi fotorecettori funzionano come fibre ottiche che preservano la polarizzazione? Engheta, esperto di antenne radio, si è tuffato nella biologia cellulare per trovare risposte.

Tre decenni dopo, nel 2023, il Franklin Institute ha assegnato a Engheta la medaglia Benjamin Franklin, uno dei riconoscimenti più prestigiosi al mondo per i risultati ottenuti nel campo della scienza e della tecnologia. Laureato in ingegneria elettrica, Engheta ha ricevuto l'onore "[per] innovazioni trasformative nell'ingegneria di nuovi materiali che interagiscono con le onde elettromagnetiche in modi senza precedenti".

Questa breve citazione indica un'ondata di contributi scientifici senza pari che erano appena oltre l'orizzonte per Engheta nel momento in cui stava studiando il pesce luna. Negli anni successivi, lui e Pugh fondarono un nuovo campo che chiamarono "imaging di polarizzazione di ispirazione bio", progettando e costruendo una fotocamera in grado di vedere come un pesce, una macchina così finemente sintonizzata da poter catturare non solo chiare vedute subacquee, ma dettagliate impronte digitali sulla superficie degli oggetti in vetro. Il lavoro che Engheta avrebbe continuato a svolgere con l’avvicinarsi del 21° secolo avrebbe preso una direzione molto diversa, rivelandosi fondamentale per diversi importanti nuovi percorsi di ricerca.