Da sinistra: Ray Baughman, Márcio Lima.
Il progetto
Un team internazionale guidato dalla University of Texas, di Dallas (UT Dallas), ha scoperto che il normale filo di nylon da pesca o da cucito può essere trasformato con un modesto investimento in potenti muscoli artificiali.
Questi “nuovi” muscoli possono sollevare fino a 100 volte il peso e generare una potenza meccanica 100 volte superiore rispetto a quella di un muscolo umano della stessa lunghezza e peso.
Per peso, possono generare fino a 5222,0429 Watt per chilogrammo, all’incirca la stessa potenza meccanica di un motore a reazione.
In un articolo pubblicato sulla rivista Science il 21 Febbraio, i ricercatori spiegano che questi muscoli vengono prodotti torcendo e attorcigliando ad alta intensità in una bobina i polimeri del comune filo da pesca e da cucito.
Lo studio è stato condotto dall’Istituto di Nanotecnologie Alan G. MacDiarmid dell’Università del Texas, in collaborazione con altri ricercatori di università australiane, sud-coreane, canadesi, turche e cinesi.
Come funziona?
I muscoli vengono alimentati termicamente dalle variazioni di temperatura, che possono essere prodotte elettricamente dall’assorbimento della luce o dalla reazione chimica di combustibili.
La torsione/L’attorcigliamento della fibra polimerica trasforma la variazione della temperatura in momento torcente del muscolo che può ruotare un pesante rotore fino a più di 10000 giri al minuto. Una torsione successiva, in modo tale che la fibra polimerica si attorcigli come un elastico fortemente in tensione, produrrà una notevole contrazione del muscolo lungo la sua lunghezza, quando viene riscaldato, che ritornerà alla sua lunghezza iniziale una volta raffreddato.
Se l’avvolgimento avverrà, invece, in direzione opposta rispetto alla torsione iniziale della fibra polimerica, allora il muscolo se riscaldato, si espanderà.
Perciò, in sintesi, i muscoli vengono alimentati termicamente dalle variazioni di temperatura:
– si contraggono longitudinalmente, se riscaldati;
– ritornano alla lunghezza iniziale, una volta raffreddati.
Rispetto ai muscoli naturali, che si contraggono solo circa del 20 per cento, questi nuovo muscoli possono contrarsi fino a circa il 50 per cento della loro lunghezza. Inoltre, i tratti muscolari sono reversibili per milioni di cicli ogni volta che il muscolo si contrae o si espande sotto carichi meccanici pesanti.
Le applicazioni
“Le opportunità di applicazione di questi muscoli polimerici sono enormi”, ha spiegato il Dottor Ray Baughman, uno degli autori dello studio, professore emerito di Chimica dell’Università del Texas e Direttore dell’istituto di Nanotecnologie. “Ad oggi, i robot umanoidi più avanzati, le protesi e gli esoscheletri indossabili sono limitati da motori e sistemi idraulici, le cui dimensioni e il cui peso riducono l’agilità dei movimenti, l’uso della forza e la capacità di lavoro.”
Baughman sostiene che questi muscoli potrebbero essere utilizzati per applicazioni in cui sia richiesta una forza sovra-umana, come robot o esoscheletri. Torcendo insieme un fascio di fili da pesca in polietilene, il cui diametro totale sarebbe solamente 10 volte quello di un capello umano, si produce un muscolo polimerico/artificiale capace di sollevare 7 chili. Di contro, guardando come sono strutturati i muscoli naturali, 100 di questi muscoli polimerici potrebbero sollevare 700 chili!
Guardando ad altre applicazioni, muscoli artificiali autonomi con diametro inferiore a quello di un capello umano, potrebbero dotare di espressioni facciali i robot umanoidi di compagnia per gli anziani oppure fornire maggiore abilità ai sistemi per la microchirurgia mini-invasiva robotica.
O ancora, potrebbero essere utilizzati nei dispositivi per comunicare il senso del tatto nei robot, attraverso sensori della mano.
I muscoli artificiali normalmente vengono alimentati elettricamente mediante riscaldamento resistivo, utilizzando un rivestimento metallico su cui vengono “cucite” le fibre tessili oppure attorcigliando fili metallici insieme con il muscolo.
“Tuttavia, per altre applicazioni, i muscoli possono essere auto-alimentati dalle variazioni della temperatura ambientale”, spiega il professore Carter Haines, autore principale della ricerca.
“Vi sono fibre tessili dei muscoli artificiali, i cui pori si aprono e si chiudono in modo reversibile in corrispondenza di variazioni di temperatura. Questo ci offre una possibile applicazione futura nel settore dell’abbigliamento, con vestiti capaci di “regolarsi” in base al comfort”, prosegue Haines, che ha iniziato la sua carriera di ricercatore nel laboratorio di Baughman da liceale, partecipando a programmi estivi di ricerca, attraverso il George A. Jeffrey NanoExplorers Program, avviato proprio da Baughman. Haines ha conseguito una laurea in Fisica presso l’Università del Texas ed è ora un dottorando in Scienze dei materiali e ingegneria.
Inoltre, il team di ricercatori ha dimostrato l’utilizzabilità di questi muscoli auto-alimentati per aprire o chiudere automaticamente le finestre di serre o edifici in risposta alle variazioni della temperatura ambientale, eliminando così la necessità di energia elettrica o di motori rumoroso e costosi.
Tradotto liberamente da Giulia Pavesi
Linkografia:
Sito ufficiale dell’Università del Texas di Dallas
Nell’articolo originale, in fondo alla pagina è possibile visualizzare l’elenco completo di tutti i ricercatori che hanno condotto lo studio.
http://www.treccani.it/enciclopedia/cavallo-vapore_%28Dizionario-delle-Scienze-Fisiche%29/ttp://nanotech.utdallas.edu/
