Nel settore della fotonica applicata, la stampa 3D non serve sempre a realizzare la parte “attiva” del dispositivo. In alcuni casi il suo ruolo è meno appariscente, ma altrettanto importante: trasformare un componente fragile, sottile o difficile da maneggiare in un modulo utilizzabile in laboratorio, in uno strumento di misura o in un sistema destinato allo spazio. È questo il caso di Lepto GmbH, spin-off dell’Empa con sede a Dübendorf, vicino a Zurigo, che sviluppa componenti per la radiazione terahertz, tra cui filtri, polarizzatori e altri elementi ottici per applicazioni nelle telecomunicazioni, nella ricerca e nei sistemi spaziali.
Lepto nasce dal lavoro di Elena Mavrona ed Erwin Hack, ricercatori dell’Empa. La società è stata fondata nell’aprile 2025 e il suo nome richiama la parola greca che significa “sottile”, una scelta coerente con il primo prodotto dell’azienda: un filtro terahertz spesso circa un micrometro, cioè un millesimo di millimetro. Il componente è costituito da una pellicola polimerica estremamente sottile, sulla quale viene realizzata una microstruttura metallica in oro. Questa struttura consente di selezionare e controllare specifiche bande della radiazione terahertz.
Perché le onde terahertz sono così interessanti
La radiazione terahertz occupa una zona dello spettro elettromagnetico collocata tra l’infrarosso e le microonde. Empa indica lunghezze d’onda comprese tra circa 0,03 e 3 millimetri, una fascia che si trova al confine tra l’ottica e l’elettronica. Per molti anni questo intervallo è stato poco sfruttato, anche perché mancavano sorgenti, rivelatori e componenti passivi sufficientemente efficienti e disponibili. Da qui il concetto di “terahertz gap”, cioè il divario tecnologico che ha rallentato l’uso pratico di queste frequenze.
Il potenziale però è ampio. Le onde terahertz possono essere impiegate nella spettroscopia dei materiali, nelle comunicazioni ad alta frequenza, nell’imaging, nella sicurezza e in alcune applicazioni mediche superficiali. Non sono radiazioni ionizzanti come i raggi X, e questo le rende interessanti per tecniche di analisi non distruttiva o per osservare strati superficiali dei tessuti, ad esempio nel contesto della pelle o dei vasi sanguigni superficiali.
Il filtro: una pellicola sottilissima con una struttura in oro
Il cuore della tecnologia Lepto è una membrana molto sottile. La pellicola polimerica funge da supporto trasparente, mentre la microstruttura in oro definisce il comportamento del filtro rispetto alla radiazione terahertz. In termini pratici, un filtro di questo tipo può lasciar passare una determinata banda di frequenze e bloccare o attenuare ciò che sta fuori da quella banda. È un principio utile in laboratorio, dove ridurre il rumore di fondo può migliorare la qualità della misura, ma anche nei sistemi di comunicazione, dove la separazione dei canali e la stabilità del segnale diventano aspetti critici.
La sottigliezza del filtro porta diversi vantaggi: peso ridotto, ingombro minimo e minore assorbimento rispetto a soluzioni più massicce. Queste caratteristiche sono particolarmente importanti nello spazio, dove ogni grammo e ogni centimetro cubo hanno un costo. Lepto indica infatti tra i possibili ambiti di applicazione i collegamenti tra satelliti, la comunicazione tra satellite e Terra, i payload spaziali e le future reti 6G.
Dove entra in gioco la stampa 3D
La parte stampata in 3D non è il filtro ottico in sé. La stampa 3D viene usata per realizzare supporti, telai e sistemi di montaggio personalizzati. È un dettaglio importante, perché un film spesso un micrometro non può essere trattato come un normale componente meccanico. Deve essere protetto, posizionato e integrato in modo stabile all’interno di setup ottici, spettrometri, banchi di prova o strumenti più compatti.
Lepto realizza i telai su misura mediante stampa 3D, così da adattare i filtri alle necessità del cliente. Questo permette di ottenere sistemi compatti e specifici per una configurazione, senza obbligare il cliente ad adattarsi a formati standard. L’approccio è utile soprattutto quando si lavora con gruppi di ricerca, prototipi industriali o strumenti non ancora standardizzati, dove geometrie, interfacce e vincoli meccanici cambiano da un progetto all’altro.
In questo caso la produzione additiva agisce come tecnologia di integrazione. Non sostituisce la microfabbricazione della struttura in oro, ma rende il filtro più facile da montare, maneggiare e inserire in un sistema reale. È uno degli usi più concreti della stampa 3D nella fotonica: non produrre necessariamente l’elemento ottico principale, ma costruire intorno a esso l’interfaccia meccanica necessaria per usarlo.
Dalla ricerca Empa a una società deep-tech
Il percorso di Lepto nasce all’interno dell’Empa, nei lavori condotti da Mavrona, Hack e dal laboratorio Transport at Nanoscale Interfaces. Secondo la comunicazione ufficiale, la tecnologia è frutto di un progetto di ricerca che ha portato allo sviluppo di strutture molto sottili per filtri terahertz ad alta efficienza, con una domanda iniziale arrivata da altri istituti di ricerca. Il gradimento dei primi utilizzatori ha spinto i fondatori a trasformare il lavoro scientifico in una società.
Lepto è supportata da glatec, l’incubatore di imprese dell’Empa, e riceve coaching anche tramite Innosuisse. Oltre ai fondatori, il progetto coinvolge figure dell’ambiente Empa e del trasferimento tecnologico: tra i nomi citati figurano Ivan Shorubalko, co-inventore, e gli advisor Rolf Brönnimann, Tero Kulmala e Jonas Gartmann. Elena Mavrona ha inoltre ricevuto l’Empa Entrepreneur Fellowship per lo sviluppo della spin-off.
Sul proprio sito, Lepto presenta una gamma che parte dai filtri passa-banda terahertz, ma comprende anche polarizzatori, reticoli di diffrazione e dispositivi in sviluppo come beam splitter, waveplate, guide d’onda, specchi e lenti. L’azienda dichiara un intervallo operativo da 50 GHz a 20 THz, componenti personalizzabili e servizi di simulazione, prototipazione e stampa 3D per sottosistemi terahertz.
Applicazioni: spazio, 6G, spettroscopia e imaging
Le applicazioni spaziali sono tra le più evidenti. Nelle comunicazioni tra satelliti o tra satellite e Terra, le frequenze terahertz possono offrire una maggiore capacità di trasmissione rispetto a tecnologie a frequenza più bassa. La lunghezza d’onda più corta può inoltre ridurre la propagazione indesiderata del segnale su grandi distanze, con potenziali benefici in termini di sicurezza del collegamento.
Il settore 6G è un altro ambito di interesse. Le future reti mobili richiederanno canali più ampi, minore latenza e una gestione più precisa dell’interferenza. In questo contesto, filtri e componenti terahertz possono aiutare a separare le bande, controllare il fascio e migliorare la pulizia del segnale nei collegamenti ad alta frequenza. Lepto cita in modo esplicito backhaul e fronthaul 6G tra gli scenari d’uso dei propri dispositivi.
Resta poi il mondo della ricerca. Lepto segnala l’utilizzo dei propri filtri in gruppi come ETH Zurich, PSI e Max Planck Institut für Kernphysik. Sul sito dell’azienda sono riportati esempi di impiego in spettroscopia nel dominio del tempo e in sorgenti terahertz per studi legati anche alla fisica quantistica. Per i laboratori, la disponibilità di un filtro efficiente e già integrabile su un supporto meccanico può fare la differenza tra un componente sperimentale delicato e uno strumento effettivamente usabile in un setup quotidiano.
Un esempio concreto di stampa 3D al servizio della fotonica
Il caso Lepto è interessante perché non forza la stampa 3D dentro un ruolo che non le appartiene. La microstruttura filtrante richiede processi di fabbricazione molto precisi; il supporto, invece, deve essere leggero, adattabile e producibile in geometrie diverse. Qui la stampa 3D trova un campo di applicazione naturale: creare alloggiamenti e interfacce personalizzate per componenti sottili, costosi e difficili da manipolare.
Per il settore della manifattura additiva, è un esempio utile anche dal punto di vista narrativo. Non tutte le applicazioni devono riguardare grandi parti strutturali, impianti medicali o componenti metallici complessi. A volte il valore della stampa 3D sta nel rendere utilizzabile una tecnologia di frontiera, collegando la scala microscopica del dispositivo alla scala macroscopica del sistema che lo deve ospitare.
Lepto si muove quindi in una zona di confine: tra ricerca accademica e prodotto, tra fotonica e meccanica, tra componenti ultrasottili e integrazione industriale. La stampa 3D, in questo passaggio, non è il protagonista unico, ma uno strumento pratico per portare i filtri terahertz fuori dal laboratorio e inserirli in strumenti, prototipi e applicazioni dove peso, ingombro e personalizzazione contano davvero.
