Cosa hanno in comune una pulce e un'aquila? Possono immagazzinare energia nei loro piedi senza dover contrarre continuamente i muscoli per poi saltare in alto o aggrapparsi alla preda. Ora gli scienziati della Queen Mary University di Londra e dell'Università di Cambridge hanno creato materiali in grado di immagazzinare energia in questo modo, essere schiacciato ripetutamente senza danni, e anche cambiare forma se necessario.

Questi tipi di materiali sono chiamati auxetici e si comportano in modo abbastanza diverso dai materiali normali. Invece di sporgere quando viene schiacciato, crollano in tutte le direzioni, immagazzinando l'energia al suo interno.

Gli attuali design dei materiali auxetici hanno angoli acuti che consentono loro di piegarsi su se stessi, raggiungere una densità maggiore. Questa è una proprietà che è stata riconosciuta di recente nei progetti di armature leggere, dove il materiale può collassare di fronte a un proiettile al momento dell'impatto. Questo è importante perché la massa davanti a un proiettile è il fattore più importante nell'efficacia dell'armatura.

Gli spigoli vivi concentrano anche le forze e provocano la rottura del materiale se schiacciato più volte, il che non è un problema per l'armatura in quanto è progettata per essere utilizzata una sola volta.

In questo studio, pubblicato in Frontiere nei materiali , il team di scienziati ha ridisegnato i materiali con curve lisce che distribuiscono le forze e rendono possibili deformazioni ripetute per altre applicazioni in cui sono richieste proprietà di immagazzinamento di energia e cambiamento di forma.

Il lavoro pone le basi per la progettazione di supporti 3D leggeri, che si piegano anche in modi specifici e immagazzinano energia che potrebbe essere rilasciata su richiesta.

Principal investigatore Dr. Stoyan Smoukov, della Queen Mary University di Londra, ha dichiarato:"L'eccitante futuro dei nuovi progetti di materiali è che possono iniziare a sostituire dispositivi e robot. Tutte le funzionalità intelligenti sono incorporate nel materiale, per esempio la capacità ripetuta di attaccarsi agli oggetti come le aquile si attaccano alle prede, e mantieni una presa simile a una morsa senza spendere più forza o sforzo."

Il team si aspetta che i suoi design ispirati alla natura possano essere utilizzati in strumenti di presa ad alta efficienza energetica richiesti nell'industria, materiali riconfigurabili shape-on-demand, e persino reticoli con un comportamento di espansione termica unico.

Eesha Khare, uno studente universitario in visita dell'Università di Harvard che è stato determinante nella definizione del progetto, ha aggiunto:"Un grosso problema per i materiali esposti a condizioni difficili, come l'alta temperatura, è la loro espansione. Ora è possibile progettare un materiale in modo che le sue proprietà di espansione varino continuamente per adattarsi a un gradiente di temperatura più lontano e più vicino a una fonte di calore. Per di qua, sarà in grado di adattarsi naturalmente a cambiamenti ripetuti e gravi."

I design flessibili in materiale auxetico, che prima non era possibile, sono stati adattati specificamente per essere facilmente stampati in 3D, una caratteristica che gli autori considerano essenziale.

Il Dr. Smoukov ha aggiunto:"Crescendo le cose strato per strato dal basso verso l'alto, le possibili strutture materiali sono per lo più limitate dall'immaginazione, e possiamo facilmente trarre vantaggio dalle ispirazioni che riceviamo dalla natura."