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E' del tipo LIDAR ("light detection and ranging") il nuovo dispositivo messo a punto dai ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) combinando due diverse tecniche di misurazione delle distanze tra oggetti con una precisione nanometrica su distanze fino a 100 chilometri.

Diverse le applicazioni che è possibile prevedere: dalle manifatture di precisione al mantenimento di schiere di satelliti in perfetta formazione dello spazio fino a una piattaforma gigante basata a terra per la ricerca di nuovi pianeti extrasolari.

Il LIDAR è un ben noto dispositivo che invia fasci di radiazione e poi analizza il debole segnale riflesso dagli oggetti per misurarne la distanza; ciò che rende unico il nuovo dispositivo, descritto sull'ultimo numero della rivista "Nature Photonics", è una combinazione di caratteristiche tra cui la precisione, la frequenza (ogni 200 microsecondi) di aggiornamento dei dati che provengono da diversi punti e un "intervallo di ambiguità" molto favorevole.

L'ambiguità di misurazione in un sistema LIDAR è dovuta al fatto che se il bersaglio è molto lontano dallo strumento, il sistema non è in grado di distinguere tra due differenti distanze che sono multiple di un parametro denominato appunto “intervallo di ambiguità” (ambiguity range). L'ampio intervallo di ambiguità del nuovo strumento del NIST – pari ad almeno 1,5 metri – consente di controllare la distanza approssimativa degli oggetti di interesse con tecnologie largamente disponibili, come il GPS.

Nessun altro sistema di questo tipo, spiegano gli autori, offre una simile combinazione di caratteristiche, che consentirebbe di mantenere in modo estremamente precise le distanze reciproche di una flotta di satelliti artificiali che così potrebbe costituire un unico strumento di misurazione nello spazio. Un simile strumento è stato proposto per la ricerca di pianeti extrasolari, per l'individuazione di buchi neri con diversi telescopi a raggi X o per effettuare verifiche sperimentali della teoria della relatività generale, grazie alla possibilità di misurare le distanze tra i satelliti nel campo gravitazionale. Infine, il nuovo LIDAR potrebbe rivelarsi prezioso nelle lavorazioni industriali automatizzate di precisione, in cui diverse parti devono essere accoppiate con tolleranze estremamente basse.

Il progetto deriva dalla combinazione di due diversi approcci alle misurazioni di distanze assolute: il cosiddetto metodo “time-of-flight” che garantisce un ampio intervallo di ambiguità, e l'interferometria, che ha dalla sua un'estrema precisione ed è basato su una coppia di pettini di frequenza ottica (optical frequency comb), dispositivi per la misurazione precisa delle frequenze della luce. Questi, a loro volta, sfruttano laser pulsati ultraveloci basati su fibre ottiche, più piccoli e portatili delle tipiche realizzazioni a cristalli.

I due pettini operano a differenti frequenze: gli impulsi del primo sono riflessi da un bersaglio in movimento e da un piano di riferimento stazionario; il secondo serve per la misurazione precisa del ritardo tra l'impulso riflesso dal bersaglio e dal piano di riferimento. Un computer può così ricavare la distanza tra l'oggetto e il piano di riferimento moltiplicando il ritardo per la velocità della luce.

fonte-lescienze.espresso.repubblica.it