Graffette che diventano muri: la rivoluzione dei materiali intelligenti

Immagina di avere una manciata di quelle graffette metalliche che usi per unire fogli. Le metti in un sacchetto, le scuoti, e in qualche modo — magicamente, impossibilmente — quella montagnola di graffette singole diventa una massa solida e indistruttibile. Puoi tirarla, strattonarla, e tiene. Sembra saldata.

Poi le scuoti in modo diverso, e tutto si sgretola. Torna a essere un mucchio di graffettine innocue.

Sembra magia, vero? E invece un team dell'Università del Colorado Boulder l'ha resa realtà, e non riesco a smettere di pensarci.

Il segreto? La forma

Arriviamo al punto interessante. Il team, guidato dal professor Francois Barthelat (che dirige qualcosa chiamato Laboratory for Advanced Materials & Bioinspiration — quanto è figo questo nome?), ha studiato come la forma di particelle microscopiche influenza il comportamento di miliardi di esse quando le metti insieme.

Pensa alla sabbia, per esempio. Ogni granello è liscio e arrotondato, tipo una pallina minuscola. Quando ammucchi la sabbia, i granelli non si agganciano tra loro — scorrono uno sull'altro. Ecco perché la sabbia scorre come un liquido quando la versi.

Ma cosa succederebbe se cambiassi la forma di quei granelli?

I ricercatori hanno usato simulazioni al computer per testare migliaia di forme diverse, cercando quella che massimizzasse quello che gli scienziati chiamano "entanglement". E il vincitore? Una forma a due gambe che somiglia tantissimo a... una graffetta.

Sì, le stesse graffette che tengono insieme i tuoi documenti.

Perché le graffette funzionano così bene

Quando hai miliardi di queste minuscole particelle a forma di graffetta aggrovigliate insieme, succede qualcosa di magico. Si incastrano tra loro in modi complessi, creando una rete di connessioni che rende l'intera massa sorprendentemente robusta.

"L materiale granulare intrecciato con queste particelle a forma di graffetta mostra sia elevata resistenza che tenacità, simultaneamente," ha spiegato Saeed Pezeshki, dottorando nel team.

E qui c'è un dettaglio importante: resistenza e tenacità di solito sono opposte. Pensa al vetro: è resistente (difficile da rompere) ma non tenace (si frantuma facilmente). La gomma è tenace (assorbe gli urti) ma non particolarmente resistente. Averle entrambe è rarissimo in natura.

Ma questi materiali a base di graffette? Pare riescano a fare entrambe le cose. Non è poco.

Il trucco vero: la reversibilità

Ed ecco dove la cosa diventa davvero assurda.

Questi materiali si possono invertire.

Applichi vibrazioni delicate al fascio, e le graffette si incastrano più strettamente, rendendo il materiale più solido. Aumenti le vibrazioni, e tutta la rete si scioglie, tornando a essere un ammasso sciolto di particelle individuali.

In secondi. Da solido a separato. E viceversa.

Il professor Barthelat ha descritto la sensazione di tenere questi materiali come qualcosa di "molto remoto ed esotico". Che è, onestamente, il modo perfetto per dirlo. Non è proprio un liquido, non è proprio un solido. È qualcosa nel mezzo — qualcosa che può switchare tra stati basandosi su un input semplice.

Cosa potremmo farne?

Le applicazioni sono davvero emozionanti quando inizi a pensarci.

Costruzione sostenibile: Immagina di costruire un ponte o un edificio con materiali che potrebbero essere smontati invece che demoliti. Questi materiali a base di graffette potrebbero potenzialmente essere disassemblati e riutilizzati alla fine della loro vita. Niente ruspe necessarie. Solo le vibrazioni giuste per far venire via tutto, così puoi riutilizzare i materiali altrove. È una visione piuttosto convincente per un'ingegneria più sostenibile.

Robotica sciame: Uno dei ricercatori ha menzionato di aver parlato con colleghi che pensano si possa usare per robot che si intrecciano insieme per compiere operazioni, poi si disintrecciano quando hanno finito.

"Stavo parlando con altri studenti che credono questa tecnologia possa essere usata nella robotica sciame — dove piccoli robot si intrecciano, svolgono un compito e poi si disintrecciano quando hanno finito," ha detto Pezeshki.

Ha persino notato che somiglia un po' al T-1000 di Terminator 2 — il robot di metallo liquido che poteva liquefarsi per scivolare sotto le porte e riformarsi dall'altra parte. (Adoro che un vero articolo scientifico probabilmente abbia visto qualcuno menzionare Terminator a un certo punto.)

La natura lo faceva già

Ecco qualcosa che rende questa ricerca ancora più affascinante: l'entanglement non è un'invenzione umana moderna. La natura usa questo principio da milioni di anni.

I nidi degli uccelli sono l'esempio perfetto. Ogni ramoscello e fibra è debole da solo, ma intrecciati insieme creano una struttura sorprendentemente robusta. Le tue ossa funzionano allo stesso modo — componenti minerali duri aggrovigliati con proteine più morbide creano qualcosa che è sia forte che resiliente.

Il team della CU Boulder ha sostanzialmente reverse-engineerato questo principio, capito quale forma di blocco base lo fa funzionare meglio, e ora stiamo guardando alla possibilità di ingegnerizzare materiali con le stesse proprietà.

Il punto

Siamo probabilmente ancora anni lontani dal vedere questa tecnologia in edifici o robot veri. Ma la scoperta fondamentale — che particelle a forma di graffetta possono creare materiali con questa combinazione notevole di resistenza, tenacità e reversibilità — è genuinamente significativa.

A volte i materiali più rivoluzionari non vengono da prodotti chimici esotici o processi di fabbricazione complessi. A volte vengono dal ripensare qualcosa di così semplice come la forma di un blocco base.

E onestamente? Non vedo l'ora di vedere dove si arriva.

Fonte: ScienceDaily