I progressi nel campo della robotica morbida, le tecnologie indossabili e le interfacce uomo/macchina richiedono una nuova classe di materiali estensibili che possono cambiare forma in modo adattivo facendo affidamento solo sull'elettronica portatile per l'alimentazione. I ricercatori della Carnegie Mellon University hanno sviluppato un materiale del genere che presenta una combinazione unica di elevata conduttività elettrica e termica con capacità di attuazione diverse da qualsiasi altro composito morbido.

Nei risultati pubblicati in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze questa settimana, i ricercatori riferiscono su questo nuovo materiale intelligente che può adattare la sua forma in risposta al suo ambiente. Il documento è intitolato "Un elastomero multifunzionale che cambia forma con inclusioni di metallo liquido".

"Non è solo termicamente ed elettricamente conduttivo, è anche intelligente, " disse Carmel Majidi, un professore associato di ingegneria meccanica che dirige il Soft Machines Lab al Carnegie Mellon. "Proprio come un umano si ritrae quando tocca qualcosa di caldo o affilato, i sensi materiali, processi, e risponde al suo ambiente senza alcun hardware esterno. Poiché ha percorsi elettrici di tipo neurale, è un passo più vicino al tessuto nervoso artificiale".

Majidi è un pioniere nello sviluppo di nuove classi di materiali da utilizzare nell'ingegneria della materia soffice e nella robotica morbida. Il suo team di ricerca ha precedentemente creato architetture di materiali avanzati utilizzando micro e nano-goccioline deformabili di metallo liquido di gallio indio. Questa è la prima volta che il suo laboratorio combina questa tecnica con elastomeri a cristalli liquidi (LCE), un tipo di gomma che cambia forma. Majidi e il suo team di ricerca hanno collaborato con l'esperto di LCE Taylor Ware, un professore di bioingegneria presso l'Università del Texas, Dallas, e il suo studente laureato, Cedric Ambulo.

Gli LCE sono come i cristalli liquidi utilizzati nei display a schermo piatto ma collegati tra loro come la gomma. Perché si muovono quando sono esposti al calore, hanno una funzionalità promettente come materiale che trasforma la forma; Sfortunatamente, mancano della conduttività elettrica e termica necessaria per l'attivazione della memoria di forma. Sebbene i riempitivi rigidi possano essere incorporati per migliorare la conduttività, questi causano il degrado delle proprietà meccaniche e delle capacità di trasformazione della forma degli LCE. I ricercatori hanno superato queste sfide combinando l'indio di gallio metallo liquido con gli LCE per creare un morbido, composito estensibile con una multifunzionalità senza precedenti.

Un'altra caratteristica fondamentale del materiale è la sua resilienza e risposta a danni significativi.

"Abbiamo osservato sia le capacità di autoriparazione elettrica che di rilevamento dei danni per questo composito, ma il rilevamento dei danni è andato un passo avanti rispetto ai precedenti compositi di metallo liquido, " ha spiegato Michael Ford, un associato di ricerca post-dottorato nel Soft Machines Lab e l'autore principale dello studio. "Dal momento che il danno crea nuove tracce conduttive che possono attivare il mutamento di forma, il composito risponde in modo univoco al danno."

L'elevata conducibilità elettrica del materiale permette al composito di interfacciarsi con l'elettronica tradizionale, rispondere dinamicamente al tocco, e cambia forma in modo reversibile. Può essere utilizzato in qualsiasi applicazione che richieda elettronica estensibile:sanità, capi di abbigliamento, computer indossabile, dispositivi di assistenza e robot, e viaggi nello spazio.