Un elastomero intelligente che può auto-alimentarsi

27 gennaio 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

pubblicazione sottoposta a revisione paritaria

fonte attendibile

correggere le bozze

di Shiyang Tang, Università di Birmingham

I materiali intelligenti sono materiali che hanno la capacità di modificare le proprie proprietà in risposta a specifici stimoli esterni, come temperatura, umidità, luce o stress applicato. Uno degli esempi più noti di materiali intelligenti è la lega a memoria di forma (SMA), un tipo di materiale metallico che può cambiare forma in risposta ai cambiamenti di temperatura.

Un altro esempio di materiali intelligenti include i materiali piezoelettrici, che generano una carica elettrica in risposta allo stress meccanico applicato. I materiali intelligenti hanno un’ampia gamma di potenziali applicazioni, tra cui l’ingegneria aerospaziale, automobilistica, robotica, manifatturiera e biomedica.

I materiali a rigidità variabile sono un tipo di materiali intelligenti che hanno la capacità di regolare la propria rigidità, o resistenza alla deformazione, in risposta a stimoli esterni. Questa proprietà consente al materiale di adattarsi alle mutevoli condizioni e di migliorare le prestazioni in un'ampia gamma di ambienti.

Uno dei principali vantaggi dei materiali a rigidità variabile è che possono aumentare l’efficienza, la sicurezza e l’affidabilità dei sistemi meccanici. Ad esempio, i materiali a rigidità variabile possono essere utilizzati per creare bracci robotici e pinze in grado di adattarsi a diversi oggetti e ambienti. Ciò consente al braccio robotico o alla pinza di gestire una gamma di oggetti diversi con forme, dimensioni e pesi diversi, riducendo la complessità e aumentando l'efficienza complessiva del sistema robotico.

Materiali intelligenti innovativi con proprietà elettromeccaniche regolabili stanno rivoluzionando i settori della produzione, dei dispositivi indossabili e della robotica. Tuttavia, ad oggi, non è ancora stato realizzato un materiale in grado di autoregolare in modo intelligente le sue proprietà elettriche e meccaniche in risposta ai cambiamenti ambientali e di sfruttare le proprietà alterate in modo sinergico senza controllo esterno.

Per colmare questa lacuna, un gruppo di ricerca collaborativo guidato dal dottor Shiyang Tang dell’Università di Birmingham, insieme a collaboratori dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, dell’Università di Cambridge e dell’Università di Wollongong, ha sviluppato un materiale intelligente chiamato l'elastomero riempitivo ibrido metallico di Field (FMHE). Il FMHE comprende riempitivi ibridi del metallo di Field (una lega atossica a basso punto di fusione) e microparticelle di nichel addizionate incorporate in una matrice elastomerica.

Questa ricerca è stata riportata nel loro recente articolo pubblicato su Science Advances.

L'FMHE creato dai ricercatori può rispondere sia alla sollecitazione meccanica che alle correnti elettriche, esibendo conduttività elettrica e rigidità variabili e sintonizzabili senza controllo esterno. La fusione e la solidificazione del metallo del Campo consentono il cambiamento di rigidità. L'FMHE mostra anche una piezoresistività negativa non convenzionale e un'elevata sensibilità alla deformazione, con una resistività che diminuisce milioni di volte sia in compressione che in allungamento.

Sfruttando queste proprietà in modo sinergico, i ricercatori hanno dimostrato due applicazioni in sistemi intelligenti e resilienti, con un miglioramento delle prestazioni di oltre un ordine di grandezza rispetto allo stato dell'arte. La prima applicazione è un compensatore di compliance multiasse autoattivato in grado di proteggere i manipolatori robotici da movimenti eccessivi di compressione, flessione e torsione.