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Automazione e Strumentazione n Giugno - Luglio 2024 Approfondimenti 55 INDAGINE I primi studi teorici sui metamateriali risalgono alla fine degli anni 60 circa quando il fisico ucraino Vic- tor Vaselago, ipotizzando l’esistenza di materiali con permeabilità elettrica e magnetica entrambe negative e senza perdite, riscontrò effetti anomali nella pro- pagazione di un’onda elettromagnetica piana mono- cromatica all’interno di tali materiali. Data l’impos- sibilità di riprodurre tali materiali in laboratorio, a causa dei limiti tecnologici dell’epoca, queste ricer- che 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 appli- cazioni più interessanti dei metamateriali è l’impiego in antenne che possono essere incise su dispositivi in miniatura o su circuiti estremamente piccoli che con- trollano le frequenze a banda larga e lo sfasamento nell’elettronica. I metamateriali possono essere uti- lizzati anche nei sistemi di imaging che operano a risoluzioni superiori ai limiti delle dimensioni della lunghezza d’onda della luce. I ricercatori hanno inve- stigato anche il campo delle onde THz (vicine alle microonde e all’infrarosso) al fine di creare metama- teriali flessibili e indossabili. Bionica e nanobiotecnologie La bionica si occupa di comprendere l’interrelazione tra i sistemi, assumendo gli organismi naturali come modelli tecnici da imitare. Un interessante esempio è portato avanti da alcuni laboratori di ricerca che hanno sviluppato una protezione polimerica trasparente con una microstruttura stratificata simile al guscio chiti- noso dei crostacei, realizzata con materiali plastici. Ciò consente al materiale di rimanere conforme in un’ampia gamma di temperature e carichi. Esosche- letri, arti, occhi e ossi bionici realizzati con materiali bioattivi micro e nanofabbricati con stampanti 3D rappresentano ulteriori potenzialità applicative della bionica. A partire dai primi anni 2000 ebbero origine i primi studi relativi ai nanodispositivi. Oggi il mondo scientifico e l’industria iniziano a considerare le pos- sibili applicazioni di un’area di ricerca che opera sul piano dell’infinitamente piccolo e che incrocia inge- gneria robotica, nanotecnologie, medicina, scienza dei materiali e processi di nanofabbricazione. Il futuro della nanorobotica è concentrato soprattutto nella pratica clinica per la somministrazione di precisione, il trattamento di patologie oncologiche e le tecniche di esplorazione sempre più precise all’interno e all’e- sterno degli organi. Altra nanobiotecnologia emer- gente è quella degli Origami a DNA che insieme con i nanorobot rappresenta un’intersezione affascinante tra biologia molecolare e nanotecnologia. Apparso per la prima volta nel 2006 sulla rivista Nature , l’Ori- gami a DNA è una tecnica di piegatura a livello nano- metrico di filamenti di DNA, con altissima preci- sione. Tali filamenti sono riorganizzati per realizzare strutture bi- e tridimensionali da impiegare come mezzo per il trasporto di sostanze, o come materiali per la costruzione di strutture complesse per realiz- zare dispositivi elettronici in piccolissima scala. Applicazioni nell’industria Nel settore aerospaziale, i materiali a memoria di forma sono utilizzati per migliorare le prestazioni aerodinamiche degli aerei. Per esempio, le ali degli aeromobili possono essere realizzate con leghe a memoria di forma (SMA) che si adattano alle condi- zioni di volo, ottimizzando l’efficienza e riducendo il consumo di carburante. Nell’automotive, i materiali intelligenti stanno rivoluzionando la progettazione dei veicoli. Per esempio, i fluidi magnetoreologici sono utilizzati nei sistemi di sospensione adattiva per migliorare il comfort e la stabilità del veicolo. Que- sti sistemi regolano automaticamente la rigidità della sospensione in base alle condizioni della strada e al comportamento del conducente, offrendo un’espe- rienza di guida ottimizzata. Nell’edilizia, i mate- riali termocromici e fotocromici sono integrati nelle finestre intelligenti che regolano automaticamente la trasmissione della luce e del calore, contribuendo al risparmio energetico. Questi materiali permettono di ridurre il consumo di energia per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici. Nel campo biomedi- cale, i polimeri a memoria di forma vengono utilizzati in stent cardiovascolari che si espandono a contatto con il calore corporeo, migliorando le procedure chi- rurgiche minimamente invasive. Inoltre, i materiali elettroattivi sono impiegati in dispositivi di rilascio controllato di farmaci e in protesi intelligenti che rea- giscono ai segnali del corpo. Nell’elettronica i poli- meri elettroattivi sono utilizzati per realizzare display flessibili e dispositivi di input sensibili al tocco. Que- sti materiali consentono la creazione di dispositivi adattabili, come smartphone pieghevoli e interfacce uomo-macchina avanzate. n