James McKenzie si meraviglia delle meraviglie della fotonica, che è molto più cruciale per la vita di tutti i giorni di quanto sembri a prima vista
Quale industria impiega il doppio delle persone nel Regno Unito rispetto a quella farmaceutica e più del settore spaziale o "fintech"? La risposta è la fotonica, secondo il Gruppo dirigente della fotonica (PLG) – un'associazione di categoria che rappresenta più di 120 membri nel settore. Negli ultimi anni ha monitorato e raccolto tutte le miriadi di applicazioni delle tecnologie ottiche o della fotonica. Non è un compito facile dato che la maggior parte proviene da centinaia di piccole e medie imprese.
Secondo i PLG Fotonica del Regno Unito 2035 rapporto, circa 76 persone sono impiegate nel settore della fotonica in 000 aziende in tutte le regioni del Regno Unito, generando un fatturato di 1200 miliardi di sterline ogni anno. Con un valore aggiunto lordo all'economia di 14.5 sterline per dipendente, la fotonica è il quinto settore manifatturiero più produttivo del Regno Unito, afferma il rapporto. Le università britanniche, afferma, sono leader mondiali nel settore, con circa il 85% delle pubblicazioni globali sulla fotonica originarie del Regno Unito.
Inoltre, il PLG ritiene che la fotonica potrebbe diventare un'industria da 50 miliardi di sterline per il Regno Unito e generare altri 100 posti di lavoro diretti entro il 000. come l'energia, l'assistenza sanitaria e i trasporti puliti insieme agli investitori del settore privato", afferma John Lincoln, amministratore delegato di PLG. In effetti, il gruppo stima che circa il 2035% dell'economia del Regno Unito dipenderà direttamente dalla fotonica in futuro.
Il PLG ha svolto un ottimo lavoro aumentando la consapevolezza della fotonica e rappresentando i suoi membri, molti dei quali non sono abbastanza grandi da soli per influenzare governi e investitori nel modo in cui possono farlo le grandi aziende farmaceutiche e della difesa. Ma la fotonica è estremamente importante, poiché sfrutta la luce per tutto, dalla diagnosi delle malattie e la chirurgia laser alle telecomunicazioni e alla produzione avanzata. La fotonica è fondamentale per fare in modo che prodotti e servizi offrano valore ai consumatori e all'industria.
Secondo il la rete Photonics21 dell'UE, il mercato globale della fotonica valeva 650 miliardi di euro nel 2020, ma sono le cose che la fotonica consente quando combinata in prodotti che è sorprendente. Pensa ai CCD e agli obiettivi degli smartphone o al modo in cui i sensori ottici, la tecnologia delle fotocamere e il LIDAR abilitano i veicoli autonomi. Un rapporto dello SPIE nel 2020 stima che il tipo di mercati abilitati dalla fotonica sia davvero l'incredibile cifra di 2 trilioni di dollari a livello globale.
Il potere della luce
Quindi, che tipo di valore offre la fotonica e che tipo di cose fanno le aziende di fotonica? L'applicazione più ovvia sono le comunicazioni in fibra ottica, che hanno ridotto il mondo negli ultimi 50 anni, senza alcun segno di rallentamento del progresso. Le velocità dei dati in petabit sono state raggiunte alcuni anni fa, mentre nel 2017 Corning aveva spedito più di un miliardo di chilometri di fibra. Entro il 2035 i laser intra-satellitari consentiranno regolarmente alle costellazioni di satelliti in orbita terrestre bassa di fornire Internet ad alta velocità in tutto il mondo anche nelle località più remote.
Nella produzione, la fotonica consente il taglio digitale, la giunzione, la marcatura, la testurizzazione e la stampa 3D di materiali, in particolare metalli. Grazie alla visione artificiale, nel frattempo, la fotonica contribuisce a sistemi automatizzati e robotici come il taglio laser e la saldatura. In effetti, la lavorazione industriale dei materiali rappresenta circa un terzo del mercato globale dei laser, pari a circa 11 miliardi di sterline.
Poi c'è la “agricoltura verticale”, in cui le colture vengono coltivate in strati sovrapposti in condizioni controllate. I diodi emettitori di luce ottimizzati spettralmente possono sia ottimizzare la crescita delle piante che ridurre l'evaporazione dalle piante, il che significa che richiedono molta meno acqua che se coltivate all'aperto. L'agricoltura verticale elimina anche i pesticidi.
La fotonica è estremamente importante, poiché sfrutta la luce per tutto, dalla diagnosi delle malattie e la chirurgia laser alle telecomunicazioni e alla produzione avanzata
La scienza di base, ovviamente, dipende dalla fotonica, che si tratti di acceleratori di particelle, telescopi o rilevatori di onde gravitazionali. In effetti, oltre la metà di tutti i premi Nobel per la fisica assegnati negli ultimi anni di 25 sono stati collegati alle scoperte nella fotonica o hanno utilizzato la fotonica come strumento.
E non dimenticare l'intero mondo dell'informatica quantistica, delle comunicazioni e della crittografia, che si basa direttamente sulla fotonica o richiede che la fotonica funzioni. È un settore che sta davvero iniziando a decollare. L'azienda con sede a Londra Orca, quale ha vinto un premio per l'avvio di un'impresa dall'Institute of Physics nel 2020, ha appena venduto il suo primo computer quantistico al Ministero della Difesa del Regno Unito.
Vantaggi del mondo reale
La fotonica sta anche aiutando il mondo a raggiungere lo zero netto grazie a celle solari fotovoltaiche ad alta efficienza, mentre il LIDAR avanzato, combinato con la simulazione al computer, può aumentare la produzione dei parchi eolici. Le stime di PLG suggeriscono che la fotonica aumenterà l'efficienza delle turbine eoliche nuove ed esistenti dell'1.5–2%. Con pochi costi aggiuntivi, ciò fornirà una capacità di generazione aggiuntiva di 15 GW a livello globale entro il 2035, risparmiando oltre 100 miliardi di sterline (circa l'equivalente di cinque centrali nucleari Hinkley Point C).
La luce è vitale anche in medicina. C'è la chirurgia oculare correttiva con il laser, mentre anche gli ottici di alto livello in questi giorni usano una vasta gamma di strumenti fotonici. Durante un recente esame della vista presso la mia filiale locale di Specsavers, ho parlato con il mio ottico, che sembrava non sapere molto sulla fisica alla base del sistema di tomografia a coerenza ottica (OCT) che stava usando, ma è rimasto sbalordito dalle immagini poteva vedere. Con l'imaging della parte posteriore dell'occhio a diverse profondità, gli ottici possono utilizzare gli OCT per individuare in sicurezza una serie di problemi di salute e di vista, spesso prima che diventino gravi.
Fibra ottica, amplificatori ottici e timestamp tracciabili con orologio atomico sono tutte invenzioni britanniche. Le comunicazioni quantistiche sicure sono state sperimentate nel Regno Unito. In effetti, direi che la Gran Bretagna è in una posizione unica per essere al centro della prossima rivoluzione delle telecomunicazioni affidabili e sicure nelle reti 5G e 6G e oltre. Secondo il PLG, entro il 2035 il Regno Unito sarà ancora una volta un fornitore globale di infrastrutture di comunicazione critiche.
Tutto quello che posso dire è che se non conoscevi già la fotonica, spero che tu lo sappia ora.
