Un team internazionale di ricercatori dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) e della Fudan University, in collaborazione con la UMass Chan Medical School, ha conseguito una svolta senza precedenti nel campo delle tecnologie oculari: lo sviluppo di lenti a contatto che permettono agli esseri umani di vedere nell’infrarosso, aprendo nuove frontiere nella percezione visiva umana. La ricerca, guidata dal Professor Tian Xue dell’USTC e dal Professor Yuqian Ma, rappresenta una pietra miliare nella tecnologia indossabile e nella biofotonica.
Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista Cell nel maggio 2025, presenta una tecnologia rivoluzionaria basata su nanoparticelle di upconversione integrate in lenti a contatto morbide e flessibili. Queste lenti rappresentano la prima soluzione non invasiva per conferire agli esseri umani capacità visive che vanno oltre i limiti naturali della percezione umana, eliminando la necessità di dispositivi ingombranti come i visori notturni tradizionali.
La tecnologia si basa su nanoparticelle di circa 45 nanometri di diametro, composte da oro, fluoruro di sodio e gadolinio, con ioni di itterbio ed erbio. Questi materiali sono in grado di assorbire la luce nel vicino infrarosso, con lunghezze d’onda comprese tra 800 e 1.600 nanometri, convertendola in luce visibile nel range di 400-700 nanometri attraverso un processo chiamato upconversione fotonica.
Il principio di funzionamento si basa su un meccanismo fisico sofisticato: le nanoparticelle catturano fotoni a bassa energia (lunghezze d’onda maggiori) e li riemettono come fotoni ad alta energia (lunghezze d’onda minori). Questo processo, noto come spostamento anti-Stokes, permette di trasformare la radiazione infrarossa invisibile in segnali luminosi percepibili dall’occhio umano, senza richiedere alcuna fonte di alimentazione esterna.
Una delle caratteristiche più sorprendenti di questa innovazione è la capacità delle lenti di funzionare anche con gli occhi chiusi. I ricercatori hanno scoperto che la luce nel vicino infrarosso penetra le palpebre più efficacemente della luce visibile, consentendo una percezione migliorata quando i partecipanti avevano gli occhi chiusi. Durante i test, la sensibilità alla luce infrarossa aumentava di 3,7 volte quando i soggetti chiudevano gli occhi in condizioni di luce diurna ambientale.
Le sperimentazioni condotte su volontari umani hanno dimostrato risultati promettenti: i partecipanti sono stati in grado di percepire segnali infrarossi lampeggianti, riconoscere la direzione della luce infrarossa e persino decifrare messaggi in codice Morse trasmessi attraverso LED infrarossi. La tecnologia permette inoltre di distinguere tra diverse lunghezze d’onda infrarosse, convertendole in colori primari specifici: il blu per 980 nanometri, il verde per 808 nanometri e il rosso per 1.532 nanometri.
La realizzazione di queste lenti ha richiesto una ingegneria avanzata per superare le sfide tecniche associate all’incorporazione di nanoparticelle in materiali per lenti a contatto. Il team ha sviluppato una metodologia basata sul princpio di matching dell’indice di rifrazione, ottenendo lenti con oltre il 90% di trasparenza attraverso la maggior parte delle lunghezze d’onda visibili, nonostante contengano circa il 7% in peso di nanoparticelle.
I test di sicurezza condotti sia su modelli animali che su volontari umani hanno confermato la biocompatibilità delle lenti. Nei topi utilizzati per gli esperimenti, le lenti hanno dimostrato di non causare effetti collaterali significativi, mentre le risposte fisiologiche come la contrazione pupillare e l’attivazione della corteccia visiva hanno confermato l’effettiva percezione dei segnali infrarossi.
Le applicazioni potenziali di questa tecnologia sono vastissime e spaziano dalla sicurezza alla medicina. Nel settore della sicurezza e sorveglianza, le lenti potrebbero rivoluzionare le operazioni notturne e di sorveglianza discreta, offrendo un’alternativa portatile e non rilevabile ai tradizionali dispositivi di visione notturna. Il Professor Xue ha evidenziato come la luce infrarossa lampeggiante possa essere utilizzata per trasmettere informazioni in contesti di sicurezza, soccorso, crittografia o anticontraffazione.
In ambito medico, le lenti potrebbero permettere ai chirurghi di visualizzare tessuti cancerosi durante procedure di fluorescenza nel vicino infrarosso, eliminando la necessità di dispositivi di imaging ingombranti. Inoltre, potrebbero facilitare la lettura di marcature anticounterfeiting che emettono lunghezze d’onda infrarosse invisibili all’occhio nudo.
Tuttavia, la tecnologia presenta ancora alcune limitazioni significative che richiedono ulteriori sviluppi. La principale criticità riguarda la risolvevano delle immagini: le nanoparticelle presenti nelle lenti causano diffusione luminosa, producendo immagini sfocate. I ricercatori hanno parzialmente compensato questo problema utilizzando lenti aggiuntive, ma la qualità dell’immagine rimane inferiore rispetto ai sistemi di visione notturna convenzionali.
Un’altra limitazione importante riguarda la sensibilità del sistema: a differenza dei visori notturni che amplificano segnali infrarossi deboli, le lenti attuali possono rilevare solo sorgenti infrarosse intense come quelle emesse da LED. Questo limita la loro utilità in condizioni naturali notturne senza illuminazione infrarossa artificiale, dove potrebbero non fornire vantaggi significativi rispetto alla visione normale.
Nonostante queste sfide, il team di ricerca è ottimista riguardo ai futuri sviluppi. Gli scienziati stanno lavorando per aumentare la concentrazione di nanoparticelle nelle lenti per migliorare l’efficienza di conversione e la sensibilità del sistema. Parallelamente, stanno esplorando strategie per ridurre la diffusione luminosa e migliorare la qualità delle immagini.
La ricerca rappresenta l’evoluzione di studi precedenti condotti dallo stesso gruppo nel 2019, quando i ricercatori avevano dimostrato per la prima volta la possibilità di conferire visione infrarossa ai mammiferi attraverso l’iniezione di nanoparticelle direttamente nella retina. L’attuale approccio con lenti a contatto elimina la necessità di procedure invasive, rendendo la tecnologia potenzialmente applicabile su larga scala.
Il successo di questa ricerca apre nuove prospettive per lo sviluppo di dispositivi indossabili per la visione aumentata. La possibilità di integrare questa tecnologia con sistemi di realtà aumentata potrebbe rivoluzionare settori come l’automazione industriale, la robotica e l’esplorazione spaziale, dove la capacità di percepire simultaneamente luce visibile e infrarossa offre vantaggi operativi significativi.
La comunità scientifica ha accolto con entusiasmo questa innovazione, riconoscendone il potenziale trasformativo. Come sottolineato da esperti del settore, questa ricerca rappresenta uno dei primi esempi di successo nell’uso della fisica per convertire radiazioni infrarosse in luce verde percepibile, senza la necessità di ingegnerizzare il cervello o la retina stessa.
Guardando al futuro, i ricercatori prevedono ulteriori miglioramenti nella tecnologia delle nanoparticelle e nell’ingegneria dei materiali per lenti a contatto. L’obiettivo è sviluppare sistemi sempre più sensibili ed efficienti, capaci di fornire immagini ad alta risoluzione e di operare in condizioni di illuminazione infrarossa naturale estremamente debole.
Questa rivoluzionaria innovazione segna un momento decisivo nell’evoluzione delle tecnologie per la visione umana, dimostrando come la convergenza tra nanotecnologie, fotonica e ingegneria biomedica possa superare i limiti biologici naturali e aprire nuove frontiere nella percezione sensoriale umana. La trasformazione da fantascienza a realtà scientifica di capacità visive sovrumane rappresenta un traguardo che potrebbe ridefinire il nostro rapporto con l’ambiente circostante e le nostre capacità percettive.
