Step #25

Sintesi finale

Il verbo comunicare, il cui significato è "mettere in comune, far conoscere, far sapere", è un termine di origine latina, la cui storia risale agli inizi della storia dell'uomo: la comunicazione verbale è infatti alla base dello sviluppo della società umana, oltre che uno degli aspetti che ci distingue dagli animali. Il termine, che rimane simile in molte altre lingue, neolatine e non, è presente in molti aspetti della nostra vita; pensiamo ad esempio alle pubblicità, ad esempio quelle degli operatori telefonici (che ci forniscono un servizio di comunicazione), alla letteratura (che ha fra i suoi scopi proprio quello di comunicare al lettore), alla poesia, alle arti figurative, alle immagini, alla cronaca ed al cinema.
L'azione di comunicare, come già evidenziato in precedenza, è presente da sempre nella storia dell'uomo, già dall'antichità, ad esempio nella forma dei miti, come quello di Cassandra (a cui storia ruota proprio intorno all'incomunicabilità), o della poesia epica.
I mezzi di comunicazione sono mutati nel corso della storia. Nell'antichità, ad esempio, il passaggio dalla comunicazione orale a quella scritta è stata accompagnata dallo sviluppo di nuove tecnologie per poter fissare materialmente i simboli della scrittura in modo duraturo; diversi sono gli strumenti sviluppati, dalle tavolette d’argilla, al papiro, alla pergamena, fino ai Quipu degli Inca.
Nel Medioevo, gli strumenti tecnologici più utilizzati erano prima la penna d’oca e poi la pressa per stampa a caratteri mobili, utilizzando in entrambi i casi pergamena o carta come supporti.
Negli anni successivi sono stati sviluppati sistemi per la comunicazione a distanza, come il telegrafo ottico del Settecento ed il telefono e la radio nell’Ottocento; Il Novecento, poi, ha visto una rapida accelerazione nello sviluppo tecnologico, con l’ulteriore sviluppo della radio e la nascita del telefono cellulare, del computer, del modem e di Internet.
Anche ai giorni nostri, gli eventi mondiali possono influenzare ed influenzano i mezzi e le modalità di comunicazione: un esempio molto attuale è il boom di strumenti di comunicazione telematica durante la pandemia di COVID-19.
Molti sono inoltre gli individui (come Marconi per la radio) le scienze (ad es. l’optoelettronica per le fibre ottiche) ed i materiali (es: cristallo di Galena) che hanno contribuito alla comunicazione ed alle varie tecnologie ad essa collegate; alcune di esse, come il FHSS o ancora la radio, sono state brevettate.
È infine altamente probabile che la comunicazione cambierà ancora in futuro, con l’introduzione ad esempio di nuove tecnologie che permettano la creazione di un interfaccia fra sistemi organici/biologici e sistemi elettronici.
(Vedi inoltre mappa e abbecedario relativi al verbo)

Step #24

Una mappa concettuale per comunicare

Mappa concettuale

Step #23

Un datasheet per l'invenzione

 

Step #22

Un'invenzione per comunicare: "indicatore di stato" per animali

Il dispositivo è composto da un trasmettitore (posto sull'animale) ed un ricevitore; esso permette, interfacciandosi con il sistema nervoso centrale dell'animale ed eventualmente con sensori esterni, di registrare una serie di informazioni sul suo stato di salute e soprattutto sul suo stato d'animo e su eventuali bisogni (fame, sete ecc). Le informazioni vengono poi comunicate ad una stazione ricevente, che le elabora e stabilisce se e come è necessario agire.

Le applicazioni di questa invenzione sono molteplici: può ad esempio essere utilizzato negli allevamenti, per garantire il benessere degli animali allevati, assicurandosi che siano in salute e felici; può anche essere utilizzato in ambito domestico, facilitando la comunicazione fra padrone ed animale, oppure negli studi sulle specie selvatiche a rischio, per conoscerne abitudini e bisogni rendendone più semplice la salvaguardia.

Dal punto di vista tecnologico, il dispositivo prevede un'unità posta su un collare o simile (a seconda della fisiologia della specie animale su cui è applicato), contenente una serie di trasduttori che si interfacciano con il cervello, un trasmettitore radio, una serie di sensori per misurare i parametri ambientali (temperatura, umidità, pressione ecc) ed una batteria; l'unità ricevente prevede invece un ricevitore radio ed un interfaccia che permette di collegarlo ad un computer per l'elaborazione dei dati. La trasmissione avviene in maniera discontinua ad intervalli regolari, per ottimizzare il consumo della batteria.

La difficoltà nel realizzare questa invenzione risede principalmente nel realizzare un interfaccia che permetta di collegare un circuito digitale ad un sistema biologico e nello specifico al sistema nervoso centrale; Risolto questo problema, la parte di comunicazione radio a lunga distanza con l'uso di basse quantità di energia risulta già possibile con tecnologie attuali (vedi LoRa e simili)

Step #21

Un brevetto per comunicare

Nella storia, molte sono state le invenzioni che hanno contribuito allo sviluppo di nuovi e diversi mezzi di comunicazione; alcune di queste sono state brevettate.
In questo post, analizzeremo due brevetti relativi ad invenzioni he hanno reso possibile lo sviluppo di tecnologie ancora in uso.

Brevetto n° 1

Nome: "Secret communication system"
Numero brevetto: US2292387A
Inventore: Markedy Hedy Kiesler, Antheil George
Pubblicazione: 11-08-1942

Immagine tratta dal brevetto

Il brevetto, risalente al periodo della 2a guerra mondiale, descrive una tecnica di trasmissione che prenderà poi il nome di "Frequency Hopping Spread Spectrum" (FHSS). Tale tecnica prevede la trasmissione di informazioni via radio "saltando" da una frequenza all'altra ad intervalli regolari, secondo uno schema noto sia al trasmettitore che al ricevitore; oltre a rendere più difficile l'intercettazione del segnale (che era l'obiettivo iniziale dietro alla sua invenzione), lo rende resistente alle interferenze e permette di sovrapporlo ad una trasmissione tradizionale senza interferirvi in maniera significativa. Tale sistema di trasmissione viene utilizzato ancora ai giorni nostri: è infatti alla base delle comunicazioni bluetooth utilizzato da computer e cellulari.

Brevetto n°2

Nome: "System of transmission of electrical energy"
Numero brevetto: US645576A
Inventore: Nikola Tesla
Pubblicazione: 20-03-1900

Immagine tratta dal brevetto

Il brevetto descrive le apparecchiature ed i principi base della trasmissione di energia per mezzo di onde elettromagnetiche; Si tratta, sostanzialmente, della radio, come stabilito dalla Corte Suprema degli Stati Uniti nel 1943. Sebbene la tecnologia si sia evoluta molto dal 1900, quanto scoperto da Tesla resta alla base delle trasmissioni radio.

Step #20

Un materiale per comunicare

Molti sono i materiali che hanno contribuito alla nascita di nuove e tecnologie e mezzi di comunicazioni. Il materiale che sarà preso in considerazione in questo post è la galena.

Cristallo di galena

La galena (PbS) è un minerale del piombo molto diffuso in natura, caratterizzato da sistema cristallino cubico; Descritto già da Plinio il Vecchio, nel corso della storia è stato estratto sia per il suo contenuto di piombo sia perchè spesso associato ad argento.

Essa ha tuttavia anche un'applicazione tecnologica: i cristalli di galena possono essere utilizzati per realizzare il cosiddetto "diodo a baffo di gatto". Tale dispositivo, costituito da un cristallo del minerale posto in un supporto metallico ed un ago o un filo sottile che preme contro il cristallo stesso, permetteva la circolazione della corrente elettrica in una sola direzione; Esso veniva utilizzato nei ricevitori radio AM come demodulatore, cioè con lo scopo di ricostruire il segnale audio a partire dal segnale radio captato dall'antenna; La semplicità di realizzazione di tale dispositivo, unita al fatto che una radio a galena non richiedeva alimentazione esterna o circuiti di amplificazione (almeno per quanto riguarda l'ascolto in cuffia), rendendo il circuito del ricevitore molto semplice (bastavano infatti un'antenna, un circuito accordato induttore-condensatore ed il diodo a baffo di gatto), rese le radio "a cristallo" il primo tipo di radio a diffondersi in massa, rimanendo in uso fino alla 2a guerra mondiale (nonostante fossero stati inventati nel frattempo dispositivi più efficaci).

Diodo a baffo di gatto

La galena fu quindi uno dei primi materiali semiconduttori mai scoperti: le proprietà di "conduzione asimmetrica" nei contatti fra un metallo ed un cristallo furono infatti osservate per la prima volta nel 1874 da Karl Ferdinand Braun ed utilizzate poi come rilevatori di onde radio (1894, Jagadish Chandra Bose) ed infine nei ricevitori radio (Greenleaf Whittier Pickard, 1901); furono proprio i successivi sui materiali semiconduttori di questo tipo, svolti negli anni 1930-1940, a portare alla scoperta dei semiconduttori moderni (principalmente germanio e silicio) e alla nascita del transistor ed alle successive grandi rivoluzioni tecnologiche che esso permise.

Informazioni tratte da:

• https://it.wikipedia.org/wiki/Galena
• https://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_detector
• Immagine 1: Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) -https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluorite-Galena-flu35c.jpg
• Immagine 2: Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kristallradio_(3).jpg

Step #19

Comunicare nella scienza applicata

Una disciplina scientifica legata al comunicare è l'optoelettronica, cioè quella branca dell'elettronica che si occupa della trasformazione di segnali elettrici in segnali ottici e viceversa; Il grande impatto di tale disciplina nel campo della comunicazione riguarda le cosiddette fibre ottiche, utilizzate per la trasmissione di segnali di vario genere a grandi distanze e/o a grandi velocità.

Ricetrasmettitore a fibra ottica

Si definisce fibra ottica un materiale costruito da fibre di vetro o fibre di natura polimerica realizzato in modo da consentire il passaggio di luce al suo interno. Le fibre sono costituite da due strati concentrici, uno interno detto core ed uno esterno detto cladding, caratterizzati da due indici di rifrazione diverse in modo da poter consentire la riflessione totale della luce al proprio interno; una fibra funziona quindi come una sorta di "specchio tubolare", che riflette la luce che entra da un'estremità fino a quando non essa giunge all'estremità opposta.

Il grande vantaggio delle comunicazioni ottiche di questo genere risiede nella grande larghezza di banda e dalla loro immunità ai disturbi esterni: per trasmettere quantità sempre maggiori di dati sono infatti richieste frequenze di trasmissione sempre maggiori, e trasportare segnali ad altissima frequenza attraverso cavi con conduttori metallici causa problemi di attenuazione del segnale e di interferenza.

Il principio base della riflessione totale era già utilizzato nel 20° secolo per l'illuminazione e le fibre ottiche erano già impiegate negli anni '50 del 1900 per la trasmissione ottica di immagini; a renderne possibile l'uso nell'ambito delle telecomunicazioni fu l'invenzione, avvenuta nel 1962, del laser a semiconduttore: avendo a disposizione una sorgente compatta di luce coerente, fibre dalla qualità ottica sempre maggiore, ed i fotodiodi (diodo in grado di convertire impulsi ottici in segnali elettrici), era finalmente possibile trasmettere in modo efficace segnali per via ottica ad elevate velocità.

Informazioni tratte da:

• https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/photodiode-detector-technology.php
• https://it.wikipedia.org/wiki/Fibra_ottica
• https://ethw.org/Semiconductor_Laser
• https://it.wikipedia.org/wiki/Comunicazioni_in_fibra_ottica
• Immagine: Lukas Brinias Side / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5) (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Finisar_GBIC_SX_2.jpg) 

Step #18

Comunicare nella cronaca

La comunicazione è l'essenza stessa della cronaca: lo scopo principale di quest'ultima è proprio quello di far giungere a tutti le notizie relative ai più importanti eventi accaduti nel mondo.

Una notizia in cui è proprio la comunicazione stessa ad avere il ruolo centrale è quella visibile nell'immagine sottostante, che riporta una pagina de "Il Resto del Carlino" datata 27/03/1930

Pagina di giornale de "Il Resto del Carlino" che riporta la notizia in questione

In essa, si narra di una delle imprese dello scienziato e inventore italiano Guglielmo Marconi, il quale, in uno dei suoi esperimenti, utilizzò un segnale radio per azionare le luci del municipio di Sidney (Australia) dallo Yacht "Elettra", ormeggiato nel porto di Genova a quasi 22000km di distanza.
L'esperimento, reso possibile da un trasmettitore a onde corte posto sulla nave ed un corrispondente ricevitore, ebbe successo, dimostrando ancora una volta la possibilità di trasmissione di segnali a grande distanza per mezzo delle onde radio.

Step #17

Un abbecedario per comunicare

• A - Amplificare
• B - Baud
• C - Computer
• D - Display
• E - Espressione (nel senso di esprimere)
• F - Figura
• G - GSM (standard per la telefonia cellulare)
• H - Heterodyne (tecnica applicata nei ricevitori radio)
• I - Internet
• L - Lettera (dell'alfabeto/lettera postale)
• M - Messaggio 
• N - Notizia
• O - Occhi
• P - Posta
• Q - QR Code
• R - Radio
• S - Simbolo
• T -  Telefono
• U - Ultimatum
• V - Videochiamata
• Z - Zoom

Step #16

Un protagonista per comunicare

Uno dei protagonisti della comunicazione è sicuramente l'italiano Guglielmo Marconi, considerato uno dei più importanti scienziati ad aver lavorato sulle trasmissioni radio (l'invenzione della radio è come molte altre innovazioni tecnologiche, frutto del lavoro teorico e pratico di più scienziati fra cui Tesla, Maxwell, Henry, Branly e altri)

Foto di Guglielmo Marconi

Marconi nacque il 25 aprile 1874 a Bologna. Fin da giovane dimostrò interesse per l'elettrotecnica e la fisica, dedicandosi sia allo studio della teoria sia sia all'eseguire esperimenti pratici; Fra questi, vi è quello del 1894, considerato come il momento della nascita della radio in Italia: Marconi, utilizzando un trasmettitore a scintilla (un dispositivo che sfrutta una scarica elettrica per produrre un segnale radio a larga banda) e un coesore (dispositivo inventato dall'italiano Temistocle Calzecchi-Onesti costituito da un tubo con due elettrodi fra cui era posta della limatura metallica) come ricevitore, effettuò una trasmissione radio coprendo una distanza di circa 2km attraverso una collina.
Nel corso degli anni Marconi, che aveva nel frattempo lasciato l'Italia, apportò numerosi miglioramenti ai dispositivi trasmittenti e riceventi per le onde radio, fra cui l'utilizzo dell'antenna e di circuiti accordati, per concentrare l'energia del trasmettitore su una specifica frequenza e l'invenzione del detector magnetico, un dispositivo ricevente che sostituì il coesore e rimase in uso fino all'invenzione degli amplificatori a valvole termoioniche.

Nel corso degli anni, tali miglioramenti permisero a Marconi di effetuare trasmissioni a distanze sempre maggiori; Tra gli esperimenti più significativi, troviamo la trasmissione fra la sede della direzione delle Poste di Londra ed una banchina del Tamigi (4 km), il collegamento Inghilterra-Francia (50 km, 1899) ed il primo collegamento transatlantico Terranova - Inghilterra, sfruttando la riflessione del segnale sulla ionosfera (più di 3000km, 1901); Si dedicò poi alle trasmissioni in onde corte, che consentivano una minore distanza di trasmissione ma avevano altri vantaggi.

Morì a Roma il 20 luglio 1937 ed in suo onore tutte le radio del globo cessarono ogni trasmissione per 2 minuti.

Informazioni tratte da:

• https://www.fgm.it/it/marconi/biografia.html
• https://it.wikipedia.org/wiki/Guglielmo_Marconi 
• Immagine: Pach Brothers / Public domain (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guglielmo_Marconi.jpg) 

Step #15

Comunicare nel Novecento

Nel 20° secolo furono molte le innovazioni che rivoluzionarono il modo di comunicare: assistiamo infatti alla nascita del personal computer, del modem, del telefono cellulare e di Internet.
L'evento su cui si concentrerà questo post è proprio la nascita del telefono cellulare.

La storia della telefonia mobile ha inizio con lo sviluppo della radio: già nel 1917, infatti, fu brevettato un trasmettitore radio portatile che utilizzava un microfono a granuli di carbone; Gli sviluppi più significativi ebbero tuttavia luogo negli Stati Uniti, dopo la fine della 2a guerra mondiale.

Fra i primi sistemi, troviamo il Mobile Telephone Service di Bell, il quale utilizzava una coppia di ricetrasmettitori analogici in banda VHF (30 MHz - 300 MHz), uno utilizzato dall'utente e l'altro da un operatore che lo collegava manualmente ad una linea telefonica tradizionale (non era cioè possibile selezionare in maniera automatica il numero del destinatario della chiamata); tale sistema soffriva tuttavia di problemi di congestione della rete e interferenza fra i dispositivi, causati sia dalle frequenze utilizzate sia dallo scarso numero di canali radio disponibili (il sistema, al massimo del suo sviluppo, prevedeva 32 canali in 3 bande di frequenza), a cui si aggiungeva l'elevato costo delle apparecchiature.

La situazione subì un cambiamento radicale con lo sviluppo dei circuiti integrati (1959), della tecnologia MOS (metallo-ossido-semiconduttore) e soprattutto della cosiddetta integrazione su larga scala (LSI), che permetteva di racchiudere circuiti molto complessi in un unico circuito integrato.
Queste tecnologie resero possibile la realizzazione nel 1973 da parte di Martin Cooper di Motorola del primo prototipo di telefono cellulare portatile  e delle cosiddette reti cellulare di prima generazione (1G). Il dispositivo utilizzava ancora ricetrasmettitori di tipo analogico, ma la topologia della rete di comunicazione era cambiata: si passò infatti ad una rete di tipo cellulare, caratterizzata da una serie di celle operanti in banda UHF (300 MHz - 3GHz) disposte in modo capillare sul territorio; Era inoltre prevista la selezione automatica del numero chiamato.
Le prime reti 1G furono introdotte in Giappone nel 1979, in Danimarca, Finlandia, Norvegia e Svezia nel 1981(sistema NMT) e negli USA nel 1983.

Motorola DynaTac 8000X, il primo telefono cellulare portatile immesso in commercio

La successiva grande svolta fu l'introduzione delle reti di seconda generazione (2G): lo sviluppo della tecnologia CMOS e degli amplificatori RF a MOSFET rese infatti possibile l'introduzione di sistemi DSP (Digital Signal Processing, elaborazione digitale del segnale) e quindi della telefonia mobile digitale. Lo standard di riferimento è in questo caso il GSM, sviluppato in Europa, che prevede l'utilizzo di ricetrasmettitori in banda UHF, con il segnale audio che viene codificato con un apposito codec, criptato e poi trasmesso in "pacchetti"; Per consentire di connettere un maggior numero di dispositivi, lo stesso canale radio può essere utilizzato da più dispositivi, assegnando ad ognuno di essi una "finestra" temporale in cui possono trasmettere e ricevere i propri pacchetti (si parla di "multiplexing a divisione di tempo")

In Italia la telefonia mobile analogica fu introdotta nel 1973, mentre il sistema GSM venne introdotto nel 1992 da SIP (ora Telecom Italia)

Informazioni tratte da:

• https://en.wikipedia.org/wiki/TACS
• https://en.wikipedia.org/wiki/GSM
• https://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_phone
• https://en.wikipedia.org/wiki/1G
• Immagine: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DynaTAC8000X.jpg Redrum0486 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)