Un nuovo materiale intelligente e reattivo può irrigidirsi come un muscolo allenato, dicono gli ingegneri dell'Iowa State University che l'hanno sviluppato.

Stressa un muscolo e diventa più forte. Sottolinea meccanicamente il materiale gommoso, ad esempio con una torsione o una piegatura, e il materiale si irrigidisce automaticamente fino al 300 percento, hanno detto gli ingegneri. Nei test di laboratorio, le sollecitazioni meccaniche hanno trasformato una striscia flessibile del materiale in un composito duro in grado di sostenere 50 volte il proprio peso.

Questo nuovo materiale composito non necessita di fonti energetiche esterne come calore, luce o elettricità per modificarne le proprietà. E potrebbe essere usato in una varietà di modi, comprese le applicazioni in medicina e industria.

Il materiale è descritto in un articolo recentemente pubblicato online dalla rivista scientifica Orizzonti di materiali . Gli autori principali sono Martin Thuo e Michael Bartlett, Professori di ingegneria e scienza dei materiali dello stato dell'Iowa. I primi autori sono Boyce Chang e Ravi Tutika, Studenti di dottorato dello stato dell'Iowa in scienze e ingegneria dei materiali. Chang è anche uno studente associato dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

I fondi di avvio dello stato dell'Iowa per Thuo e Bartlett hanno sostenuto lo sviluppo del nuovo materiale. Anche la borsa di studio di Thuo Black &Veatch ha contribuito a sostenere il progetto.

Lo sviluppo del materiale ha unito l'esperienza di Thuo in microdimensioni, particelle di metallo liquido con l'esperienza di Bartlett in materiali morbidi come gomme, plastiche e gel.

È una combinazione potente.

I ricercatori hanno trovato un semplice, modo economico per produrre particelle di metallo sottoraffreddato, ovvero metallo che rimane liquido anche al di sotto della sua temperatura di fusione. Le minuscole particelle (da 1 a 20 milionesimi di metro di diametro) vengono create esponendo goccioline di metallo fuso all'ossigeno, creando uno strato di ossidazione che ricopre le goccioline e impedisce al metallo liquido di diventare solido. Hanno anche trovato modi per mescolare le particelle di metallo liquido con un materiale elastomerico gommoso senza rompere le particelle.

Quando questo materiale ibrido è soggetto a sollecitazioni meccaniche - spinta, torsione, piegarsi, spremitura - le particelle di metallo liquido si rompono. Il metallo liquido fuoriesce dal guscio di ossido, si fonde e si solidifica.

"Puoi spremere queste particelle proprio come un palloncino, " Thuo ha detto. "Quando scoppiano, questo è ciò che fa fluire e solidificare il metallo."

Il risultato, Bartlett ha detto, è una "rete metallica che si forma all'interno del materiale".

Thuo e Bartlett hanno affermato che il punto di scoppio può essere regolato per far fluire il metallo liquido dopo diverse quantità di stress meccanico. La messa a punto potrebbe comportare il cambio del metallo utilizzato, cambiando le dimensioni delle particelle o cambiando il materiale morbido.

In questo caso, le particelle di metallo liquido contengono il metallo di Field, una lega di bismuto, indio e stagno. Ma Thuo ha detto che altri metalli funzioneranno, pure.

"L'idea è che non importa quale metallo si possa sottoraffreddare, avrai lo stesso comportamento, " Egli ha detto.

Gli ingegneri affermano che il nuovo materiale potrebbe essere utilizzato in medicina per supportare i tessuti delicati o nell'industria per proteggere preziosi sensori. Potrebbero esserci anche usi nella robotica morbida e di ispirazione biologica o nell'elettronica riconfigurabile e indossabile. La Iowa State University Research Foundation sta lavorando per brevettare il materiale ed è disponibile per la licenza.

"Un dispositivo con questo materiale può flettere fino a una certa quantità di carico, " disse Bartlett. "Ma se continui a sottolinearlo, l'elastomero si irrigidirà e fermerà o rallenterà queste forze."

E quello, dicono gli ingegneri è come stanno mettendo un po' di muscoli nel loro nuovo materiale intelligente.