AES_5 2023

INDAGINE Approfondimenti 46 Giugno - Luglio 2023 n Automazione e Strumentazione ispirati, il post silicio, le vernici in grado di proteg- gere da corrosione e umidità o di generare autonoma- mente energia. E ancora i gel e le varianti del grafene (Phagrene, Grafene Aerogel), l’alluminio trasparente, l’ecoallene, i fullereni o nanotubi di carbonio (strut- ture cilindriche di carbonio ad altissima resistenza che possono comportarsi come conduttori o come semi- conduttori) e le nanofibre e i nanocristalli di cellulosa costituita da estratti cellulosici o materiali trattati che la rendono leggera, flessibile e resistente addirittura più dell’acciaio. Gli impieghi a cui sono destinate le nanocellulose, di conseguenza, sono numerosi e varie- gati. In tempi più recenti, con il diffondersi dei film in cellulosa rigenerata e delle bioplastiche, queste proprietà hanno iniziato a essere molto richieste nel settore del packaging. Metamateriali I metamateriali sono, attualmente, una delle aree di ricerca più interessanti ed eccitanti nel settore delle nanotecnologie. I primi studi teorici sui metamate- riali risalgono alla fine degli anni ‘60 circa quando il fisico ucraino Victor Vaselago, ipotizzando l’esistenza di materiali con permeabilità elettrica e magnetica entrambe negative e senza perdite, riscontrò effetti anomali nella propagazione di un’onda elettromagne- tica piana monocromatica all’interno di tali materiali. Data l’impossibilità di riprodurre tali materiali in labo- ratorio, a causa dei limiti tecnologici dell’epoca, queste ricerche restarono un lavoro puramente teorico fino agli anni ‘90. Oggi i metamateriali esistono nella realtà e sono composti macroscopici artificiali con indice di rifrazione negativo, costituiti di celle elementari dalle dimensioni molto più piccole della lunghezza d’onda della radiazione con cui interagiscono. I metamate- riali hanno mostrato una flessibilità senza precedenti nel manipolare le onde elettromagnetiche e produrre nuove funzionalità includendo ad esempio la capacità di costruire sistemi ottici con potere risolutivo molto inferiore alla lunghezza d’onda, al punto da poter ren- dere invisibili oggetti macroscopici. Una delle applicazioni più interessanti dei metamate- riali è l’impiego in antenne che possono essere incise su dispositivi in miniatura o su circuiti estremamente piccoli che controllano le frequenze a banda larga e lo sfasamento nell’elettronica. I metamateriali possono essere utilizzati anche nei sistemi di imaging che ope- rano a risoluzioni superiori ai limiti delle dimensioni della lunghezza d’onda della luce. I ricercatori hanno investigato anche il campo delle onde THz (vicine alle microonde e all’infrarosso) al fine di creare metamate- riali flessibili e indossabili. Altri campi in cui possono essere utilizzati i metamateriali sono la tomografia medica, l’acustica, la tecnologia radar, la prevenzione dei terremoti, i sistemi di difesa e di telecomunicazione. Bionica Lo sviluppo di nuovi materiali si estende anche nella creazione sistemi multifunzionali flessibili con forme complesse. In questo senso un ruolo importante è svolto dalla bionica, ovvero la scienza applicata che dà origine a sistemi tecnici e processi tecnologici ispi- rati dalla natura. La bionica si occupa di comprendere l’interrelazione tra i sistemi, assumendo gli organi- smi naturali come modelli tecnici da imitare. Il limite della bionica classica è l’imitazione della natura come modello essenzialmente statico, cosicché i riferimenti progettuali spaziano tra modelli organici e inorganici: dalla struttura dei cristalli alle ali della libellula, dalla geometria delle bolle di sapone agli alveari delle api. Oggi assistiamo a uno scatto in avanti. Da un lato un enorme sviluppo delle biotecnologie sta spingendo la ricerca verso una ‘ingegnerizzazione’ della vita, dall’altro si sta affermando un’ingegneria dell’artifi- ciale che progetta sistemi sempre più vicini alle carat- teristiche del mondo biologico Anche lo sviluppo di nanotecnologie, materiali ultrasottili e microstrutture influisce nelle tecnologie bioniche. Un interessante esempio è portato avanti da alcuni laboratori di ricerca che hanno sviluppato una prote- zione polimerica trasparente con una microstruttura stratificata simile al guscio chitinoso dei crostacei, rea- lizzata con materiali plastici. Ciò consente al materiale di rimanere conforme in un’ampia gamma di tempera- Tipo Descrizione Materiali piezoelettrici I materiali piezoelettrici sono vari tipi di ceramica,polimeri,cristalli e compositi che possono generare tensione elettrica se sottoposti a pressione esterna o, al contrario, espandersi all’applicazione di una tensione. Materiali a memoria di forma I materiali a memoria di forma possono essere sia leghe (Shape Memory Alloys o SMA) che polimeri (Shape Memory Polymers o SMP), e sono dei materiali capaci di deformarsi in modo temporaneo e poi tornare alla forma originale grazie a determinati stimoli esterni, ad esempio per una variazione di temperatura. Materiali autoriparanti I materiali autoriparanti (Self-Healing Material) sono sostanze artificiali o sintetiche che hanno la capacità di riparare autonomamente i propri danni senza diagnosi esterne del problema o interventi umani. Polimeri retroattivi I polimeri elettroattivi (EAP), sono polimeri in grado di subire grandi deformazioni che mostrano un cambiamento di dimensione o forma quando stimolati da un campo elettrico. Le applicazioni più comuni di questo tipo di materiale sono negli attuatori e nei sensori. Materiali cromogenici I materiali cromogenici sono sostanze in grado di modificare le proprie caratteristiche ottiche in risposta a stimoli esterni. Nella maggior parte dei casi, il cromismo si basa su un cambiamento dello stato degli elettroni delle molecole. Tabella 2 - Principali tipi di Smart Material