Dallo Spazio alle nostre tasche: come la NASA ha inventato la fotocamera del tuo smartphone

Spesso dimentichiamo che gran parte della tecnologia che diamo per scontata, e che muove miliardi di euro nell’economia globale, ha origini ben lontane dal mercato di consumo. Un esempio emblematico è la fotocamera che tutti noi teniamo in tasca. Quella tecnologia, originariamente sviluppata dal Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA per esplorare il cosmo, è oggi il cuore pulsante di miliardi di dispositivi commerciali.

Ma come ci siamo arrivati? La risposta risiede nel lavoro del Dr. Eric Fossum e nella sua intuizione di trasformare un limite tecnico in un’opportunità industriale.

Il salto tecnologico: dai CCD ai CMOS

Negli anni ’80, per ottenere immagini ad alta risoluzione (come quelle spettacolari del Telescopio Spaziale Hubble), si utilizzava la tecnologia CCD (Charge Coupled Device). Questi sensori convertivano la luce in segnali elettrici. Usato in fotocamere digitali, videocamere, telescopi e scanner, ogni pixel accumula una carica elettrica proporzionale alla luce ricevuta. Le cariche sono trasferite sequenzialmente per leggere l’immagine. Inventato nel 1969 da Willard Boyle e George Smith, vincitori del Nobel 2009 per questa scoperta, erano però complessi ed utilizzavano molta energia

Charge Coupled Device

Assunto al JPL nel 1990 per migliorare proprio i sensori CCD, il Dr. Fossum scelse una strada diversa. Si concentrò sulla tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). All’epoca, i sensori CMOS erano noti per consumare pochissima energia, ma producevano un “rumore” di fondo eccessivo, rendendo le immagini sgranate e inutilizzabili per la scienza.

L’intuizione brillante di Fossum fu quella di applicare ai CMOS una tecnica già usata nei CCD (il campionamento doppio correlato). Sottraendo il valore del rumore dal segnale luminoso puro, ottenne immagini nitide a bassissimo consumo. Era nato il primo sensore di immagine a pixel attivi CMOS: una vera e propria “fotocamera su un chip“.

CMOS; nei due sensori NMOS e PMOS

Perché questa tecnologia spaziale è oggi nelle mani di tutti?

La transizione dai laboratori governativi al libero mercato è un classico esempio di come la spesa pubblica per la ricerca di base possa generare interi nuovi settori economici. Il successo commerciale del CMOS è dovuto a tre fattori fondamentali:

• Miniaturizzazione estrema: L’integrazione degli amplificatori direttamente nei singoli pixel ha permesso di ridurre drasticamente le dimensioni delle fotocamere.
• Efficienza energetica: Richiedendo molta meno tensione rispetto ai CCD, i CMOS sono diventati ideali per dispositivi alimentati a batteria.
• Abbattimento dei costi: I processi produttivi del silicio per i CMOS erano già standardizzati, permettendo una produzione di massa a costi marginali decrescenti.

Per capitalizzare l’invenzione, nel 1995 Fossum e la collega Sabrina Kemeny fondarono la Photobit, acquisendo le licenze dalla NASA. Nel 2001, l’azienda fu acquisita dal gigante Micron Technology. Con l’esplosione dell’industria della telefonia mobile, la domanda è schizzata alle stelle. Se nel 2013 si producevano oltre un miliardo di sensori CMOS all’anno, oggi sfioriamo l’incredibile cifra di sette miliardi. Praticamente è nelle tasche di tutti

Confronto tra le due tecnologie storiche

Dalle sonde solari alle videocamere di sorveglianza

Oggi, il sensore CMOS domina il mercato. Lo troviamo nei telefoni, nelle webcam, nei sistemi di sicurezza, nelle automobili e persino nelle “pill cams”, minuscole telecamere ingeribili per uso medico.

Rover Perseverance – NASA

Curiosamente, la tecnologia è tornata anche alle sue origini. I sensori CMOS hanno guidato l’atterraggio del rover Perseverance su Marte, equipaggiano la Parker Solar Probe che sta studiando il Sole da vicino, e partiranno verso la luna di Giove con la missione Europa Clipper.

In riconoscimento del monumentale impatto socio-economico di questa invenzione, la National Academy of Engineering ha insignito il Dr. Fossum del prestigioso Charles Stark Draper Prize for Engineering 2026. Un premio meritato per un uomo che, cercando di fotografare le stelle, ha finito per mettere una fotocamera nelle mani dell’intera umanità, permettendoci, con una punta di ironia, di scattare foto ad altissima risoluzione ai nostri pranzi.

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