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I nuovi polimeri si piegano, si attorcigliano e si afferrano

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Sempre più ricercatori stanno sviluppando materiali dinamici che possono cambiare la loro forma al volo. Il materiale, che può anche bloccarsi in forma, può essere utilizzato in applicazioni robotiche o elettroniche.

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In passato i materiali tendevano a rimanere statici. Sempre più ricercatori stanno sviluppando materiali dinamici che possono cambiare la loro forma al volo.

Una delle ultime scoperte in questo tipo di tecnologia proviene dai ricercatori del Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) e della Ohio State University che hanno sviluppato un polimero a memoria di forma magnetica in grado di trasformarsi in una varietà di forme. I ricercatori ritengono che il materiale possa essere utilizzato per creare nuove capacità nella robotica e nelle applicazioni elettroniche.

Il materiale - una miscela di tre ingredienti, ognuno dei quali contribuisce con proprietà uniche che sono parte integrante del suo comportamento - utilizza i campi magnetici per trasformarsi, ha detto Jerry Qi, professore di ingegneria meccanica alla Georgia Tech. Il materiale è composto da due tipi di particelle magnetiche - una che fornisce calore induttivo e una con forte attrazione magnetica - e polimeri a memoria di forma che bloccano i cambiamenti di forma, ha detto. Questa combinazione di materiali è ciò che ha fornito ai ricercatori il loro risultato unico.

"Questo è il primo materiale che unisce i punti di forza di tutti questi singoli componenti in un unico sistema in grado di cambiare forma in modo rapido e riprogrammabile, che è bloccabile e reversibile", ha detto Qi.

Creare libertà di movimento

Il nuovo materiale si basa sulle precedenti ricerche condotte dal team che ha delineato i meccanismi di attuazione per la robotica dolce e i materiali attivi, valutando i limiti delle attuali tecnologie, ha detto Ruike (Renee) Zhao, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale della Ohio State. "Il grado di libertà è limitato nella robotica convenzionale", ha detto. "Con materiali morbidi, quel grado di libertà è illimitato"

Per creare il materiale, i ricercatori hanno prima distribuito particelle di neodimio boro ferroso e ossido di ferro in una miscela di polimeri a memoria di forma. Una volta che le particelle sono state completamente integrate, creano poi vari oggetti da questa miscela per testare come il materiale si comporterebbe in vari scenari.

Un esempio che il team ha creato per dimostrare il loro materiale è stato un artiglio di presa, che hanno fabbricato da uno stampo a forma di T, hanno detto i ricercatori. Hanno applicato un campo magnetico oscillante ad alta frequenza alla pinza per far sì che le particelle di ossido di ferro si riscaldassero per induzione e riscaldassero l'intero oggetto. Questo aumento di temperatura ha causato l'ammorbidimento del materiale, che lo ha reso flessibile.

I ricercatori hanno poi applicato un secondo campo magnetico alla pinza per far aprire e chiudere gli artigli, hanno detto. Poi, una volta che la pinza si è raffreddata, qualunque fosse la posizione in cui si trovava in quel momento, è rimasta bloccata.

Bloccaggio nella forma

Il processo di cambio di forma richiede solo pochi secondi dall'inizio alla fine, e la forza del materiale allo stato bloccato ha permesso alla pinza di sollevare oggetti fino a 1.000 volte il proprio peso. "Questo processo ci richiede di utilizzare i campi magnetici solo durante la fase di attuazione", ha detto Zhao. "Così, una volta che un oggetto ha raggiunto la sua nuova forma, può essere bloccato lì senza consumare costantemente energia"

I ricercatori hanno pubblicato un articolo sul loro lavoro sulla rivista Advanced Materials.

Il team ha anche testato altre applicazioni per il materiale, realizzando oggetti a forma di bobina che possono espandersi e ritrarsi. Questa particolare funzione simula come un'antenna possa potenzialmente cambiare frequenza quando viene azionata dai campi magnetici.

Altri usi per il materiale sono nella robotica, ha detto Qi, in particolare per gli scenari in cui le macchine hanno bisogno di manipolare oggetti delicati, come nell'industria alimentare o per applicazioni chimiche o biomediche.

Elizabeth Montalbano è una scrittrice freelance che scrive di tecnologia e cultura da oltre 20 anni. Ha vissuto e lavorato come giornalista professionista a Phoenix, San Francisco e New York City. Nel tempo libero ama il surf, i viaggi, la musica, lo yoga e la cucina. Attualmente risiede in un villaggio sulla costa sud-occidentale del Portogallo.