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Mercoledì, Novembre 13, 2019
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Il micromotore alimentato dal vapore acqueo

Un micromotore alimentato dal vapore acqueo

Un film polimerico in grado di muoversi, accartocciandosi e distendendosi ripetutamente, e di generare elettricità sfruttando il vapore acqueo presente nell'ambiente è stato realizzato da un gruppo di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology, diretti da Mingming Ma, che ne riferisce in un articolo pubblicato su “Science”.

Nel creare il nuovo materiale, Ma e colleghi si sono ispirati alla struttura a rete del derma animale, in cui le rigide fibre di collagene rinforzano una rete elastica di microfibrille composte dalla proteina elastina per formare un materiale robusto e flessibile. Il film che hanno progettato, e che ha uno spessore di soli 20 micrometri, è costituito da una rete intrecciata di due polimeri dalle caratteristiche differenti. Uno dei polimeri, il polipirrolo (PPy), forma una matrice rigida ma flessibile che serve da supporto strutturale, mentre l'altro polimero, il poliolo-borato, è un gel che si gonfia quando assorbe acqua. In presenza di un gradiente di umidità nell'ambiente, ovvero di variazioni di concentrazione di molecole d'acqua, la combinazione delle differenti caratteristiche dei due polimeri trasforma il nuovo materiale in un attuatore efficace, ovvero in un dispositivo che trasforma una forma di energia in un'altra.

Se la pellicola viene collocata su di un piano umido, il polipirrolo assorbe l'umidità, deformando tutta la struttura. In questo modo però la superficie della pellicola si allontana dal piano umido e inizia a cedere l'umidità accumulata all'ambiente, tornando a distendersi e avvicinandosi nuovamente al piano umido. A questo punto, la pellicola comincerà nuovamente a deformarsi e grazie a questo fenomeno ciclico, se lasciata libera, inizierà a spostarsi sul piano. Queste contrazioni e distensioni alternate possono anche essere sfruttate per trasformare la pellicola nell'attuatore di un'apparecchiatura, così da muovere per esempio l'arto meccanico di un minirobot.

Come attuatore il nuovo materiale dimostra di avere una grande efficienza: un frammento di pellicola del peso di 25 milligrammi può sollevare un carico pari a 380 volte il suo peso, o può essere usato come “nastro” trasportatore, spostando un carico pari a dieci volte il suo peso.

In alternativa, l'energia meccanica generata dal materiale può anche essere convertita in energia elettrica mediante accoppiamento del film polimerico con un materiale piezoelettrico, che converte stress meccanici in una carica elettrica. Questo sistema può generare una potenza media di 5,6 nanowatt, che possono essere usati in dispositivi microelettronici, per esempio sensori di temperatura e umidità. A una scala ancora più piccola, il film potrebbe alimentare sistemi microelettromeccanici, o MEM, per la nanoelettronica.


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