Vedere al buio e con gli occhi chiusi: dalla Cina le lenti a contatto all'infrarosso

Un team multidisciplinare composto da neuroscienziati e ricercatori specializzati in scienza dei materiali ha messo a punto innovative lenti a contatto in grado di trasformare la radiazione infrarossa in luce visibile. La tecnologia è stata testata con successo sia su modelli animali (topi) che su volontari umani, dimostrando la sua efficacia e sicurezza. Le lenti si distinguono dai tradizionali dispositivi per la visione notturna già disponibili sul mercato poiché non necessitano di alcuna fonte di alimentazione esterna, eliminando la dipendenza da batterie o collegamenti elettrici che caratterizza i visori infrarossi convenzionali.

La trasparenza delle lenti permette a chi le indossa di continuare a percepire normalmente la luce visibile, mantenendo la visione tradizionale mentre acquisisce simultaneamente la capacità di rilevare le radiazioni infrarosse. Una delle applicazioni più sorprendenti riguarda la possibilità di mantenere la percezione visiva anche a occhi chiusi. Questa funzionalità apre scenari applicativi completamente nuovi, dalla medicina alla sicurezza, fino alle applicazioni militari e di ricerca scientifica.

La tecnologia delle nanoparticelle

Il principio alla base è l'utilizzo di nanoparticelle specializzate che fungono da convertitori ottici, grazie alla possibilità di rilevare la radiazione infrarossa vicina, ovvero quella porzione dello spettro elettromagnetico che si estende da 800 a 1600 nanometri, e che si trova immediatamente oltre il limite superiore della radiazione visibile, cioè le lunghezze d'onda comprese tra 400 e 700 nanometri. I ricercatori avevano già dimostrato l'efficacia del concetto in studi precedenti, dove le stesse nanoparticelle erano state iniettate direttamente nella retina di topi da laboratorio, conferendo loro la capacità di vedere nell'infrarosso. Tuttavia, riconoscendo i limiti pratici e i rischi di un approccio così invasivo, il team ha reindirizzato i propri sforzi verso lo sviluppo di una soluzione più accessibile e sicura.

Fonte: Cell

La realizzazione pratica delle lenti ha richiesto l'integrazione delle nanoparticelle con polimeri biocompatibili e flessibili, gli stessi materiali già ampiamente utilizzati e testati nella produzione delle lenti a contatto morbide commerciali. Prima di procedere con i test su soggetti viventi, i ricercatori hanno verificato la non tossicità e la sicurezza delle nuove lenti e dolo dopo aver confermato l'assenza di effetti collaterali dannosi, hanno avviato la fase sperimentale, testando le lenti sia su modelli animali che su volontari umani, ottenendo risultati positivi in entrambi i casi.

Test sui topi e risultati comportamentali

Durante i test sperimentali, i ricercatori hanno osservato cambiamenti comportamentali dei topi dotati delle lenti "infrarosse", a conferma del loro funzionamento. Oltre alle evidenze comportamentali, i ricercatori hanno documentato risposte fisiologiche che confermano l'effettiva percezione della radiazione infrarossa. L'osservazione più immediata ha riguardato la contrazione pupillare: quando esposti alla luce infrarossa, i topi dotati delle lenti sperimentali mostravano una riduzione del diametro pupillare, la stessa reazione automatica che si verifica normalmente in presenza di luce visibile intensa. Altre prove sono state raccolte con le analisi di imaging cerebrale, che hanno rivelato che l'esposizione alla radiazione infrarossa provocava l'attivazione delle aree cerebrali deputate all'elaborazione visiva nei topi con le lenti, mentre nessuna attivazione si registrava negli animali del gruppo di controllo.

Sperimentazione umana e capacità visive

Negli esseri umani, le lenti a contatto infrarosse hanno permesso ai partecipanti di rilevare accuratamente segnali lampeggianti simili al codice Morse e di percepire la direzione della luce infrarossa in arrivo. Una scoperta particolarmente interessante è che i partecipanti riuscivano a percepire meglio le informazioni infrarosse quando chiudevano gli occhi, poiché la luce infrarossa vicina penetra attraverso la palpebra più efficacemente della luce visibile con quest'ultima che genera quindi minor interferenza. Gli esperimenti hanno coinvolto 15 volontari sani di età compresa tra 18 e 40 anni, divisi in gruppi per testare varie capacità.

Codifica a colori e applicazioni per i daltonici

Un ulteriore perfezionamento delle lenti a contatto consente agli utilizzatori di differenziare tra diversi spettri di luce infrarossa progettando le nanoparticelle per codificare diverse lunghezze d'onda infrarosse. Ad esempio, le lunghezze d'onda infrarosse di 980 nanometri vengono convertite in luce blu, le lunghezze d'onda di 808 nanometri in luce verde, e le lunghezze d'onda di 1.532 nanometri in luce rossa. Oltre a consentire a chi le indossa di percepire maggiori dettagli nello spettro infrarosso, queste nanoparticelle di codifica a colori potrebbero essere modificate per aiutare le persone daltoniche a vedere lunghezze d'onda che altrimenti non sarebbero in grado di rilevare.

Limitazioni tecniche e sviluppi futuri

Le lenti a contatto hanno una capacità limitata di catturare dettagli fini a causa della loro vicinanza alla retina, che causa la dispersione delle particelle di luce convertite. Per affrontare questa limitazione, il team ha anche sviluppato un sistema di occhiali indossabili utilizzando la stessa tecnologia delle nanoparticelle, che ha permesso ai partecipanti di percepire informazioni infrarosse a più alta risoluzione.

Attualmente, le lenti a contatto sono in grado di rilevare solo la radiazione infrarossa proiettata da una sorgente luminosa LED, ma i ricercatori stanno lavorando per aumentare la sensibilità delle nanoparticelle in modo che possano rilevare livelli più bassi di luce infrarossa. I ricercatori stimano che il costo di produzione di un paio di lenti potrebbe ammontare a circa 200 dollari.

Applicazioni pratiche e prospettive

Le particolari lenti a contatto sviluppate dai ricercatori hanno la potenzialità di offrire un'alternativa più pratica rispetto ai visori notturni convenzionali, caratterizzati da ingombro considerevole e dalla necessità di alimentazione elettrica continua. Le lenti hanno poi la possibilità di realizzare una percezione infrarossa multicolore, ampliando la gamma di informazioni visive accessibili all'utilizzatore. Le potenzialità applicative sono diversificate e spaziano dall'uso in situazioni di soccorso, alla realizzazione di sistemi anti-contraffazione e all'impiego in scenari di comunicazioni riservate crittografate, arrivando ovviamente anche all'ambito militare.