Invece di buttare via i tuoi stivali rotti o i tuoi giocattoli rotti, perché non lasciare che si sistemino da soli? I ricercatori della University of Southern California Viterbi School of Engineering hanno sviluppato materiali in gomma stampati in 3D che possono fare proprio questo.

L'assistente professore Qiming Wang lavora nel mondo dei materiali stampati in 3D, creare nuove funzioni per una varietà di scopi, dall'elettronica flessibile al controllo del suono. Ora, lavorando con gli studenti di Viterbi Kunhao Yu, uno Xin, e Haixu Du, e l'assistente professore dell'Università del Connecticut Ying Li, hanno realizzato un nuovo materiale che può essere fabbricato rapidamente ed è in grado di ripararsi da solo se si rompe o si fora. Questo materiale potrebbe cambiare le regole del gioco per settori come le scarpe, pneumatici, robotica morbida, e anche l'elettronica, riducendo i tempi di produzione e aumentando la durata e la longevità del prodotto.

Il materiale è prodotto utilizzando un metodo di stampa 3D che utilizza la fotopolimerizzazione. Questo processo utilizza la luce per solidificare una resina liquida nella forma o geometria desiderata. Per renderlo auto-guaribile, hanno dovuto immergersi un po' più a fondo nella chimica dietro il materiale.

La fotopolimerizzazione si ottiene attraverso una reazione con un certo gruppo chimico chiamato tioli. Aggiungendo un ossidante all'equazione, i tioli si trasformano in un altro gruppo chiamato disolfuri. È il gruppo disolfuro che è in grado di riformarsi quando viene rotto, che porta alla capacità di autoguarigione. Trovare il giusto rapporto tra questi due gruppi è stata la chiave per sbloccare le proprietà uniche dei materiali.

"Quando aumentiamo gradualmente l'ossidante, il comportamento di autoguarigione diventa più forte, ma il comportamento di fotopolimerizzazione diventa più debole, " ha spiegato Wang. "C'è competizione tra questi due comportamenti. E alla fine abbiamo trovato il rapporto che può consentire sia un'elevata auto-guarigione che una fotopolimerizzazione relativamente rapida".

In soli 5 secondi, possono stampare un quadrato di 17,5 millimetri, completare oggetti interi in circa 20 minuti che possono ripararsi da soli in poche ore. Nel loro studio, pubblicato in Materiali NPG Asia , dimostrano l'abilità del loro materiale su una gamma di prodotti, compreso un pattino, un robot morbido, un composito multifase, e un sensore elettronico.

Dopo essere stato tagliato a metà, in sole due ore a 60 gradi Celsius (quattro per l'elettronica a causa del carbonio utilizzato per trasmettere elettricità) sono guariti completamente, conservando la loro forza e funzione. Il tempo di riparazione può essere ridotto semplicemente alzando la temperatura.

"In realtà dimostriamo che a temperature diverse, da 40 gradi Celsius a 60 gradi Celsius, il materiale può guarire fino a quasi il 100%, " ha detto Yu, che è stato il primo autore dello studio e sta studiando ingegneria strutturale. "Cambiando la temperatura, possiamo manipolare la velocità di guarigione, anche a temperatura ambiente il materiale può ancora auto-ripararsi"

Dopo aver conquistato materiali morbidi stampabili in 3D, ora stanno lavorando per sviluppare diversi materiali auto-riparabili lungo una gamma di rigidità, dall'attuale gomma morbida, alle plastiche dure rigide. Questi potrebbero essere usati per parti di veicoli, materiali compositi, e persino l'armatura.