evaporazione dell'acqua, come si osserva quando una pozza d'acqua scompare in un giorno d'estate, è un processo straordinariamente potente. Se fosse imbrigliato, il processo potrebbe fornire una fonte pulita di energia per alimentare macchine e dispositivi meccanici. In un articolo appena pubblicato in Materiali della natura , un team internazionale di scienziati guidati da ricercatori dell'Advanced Science Research Center presso il Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) descrive in dettaglio lo sviluppo di cristalli che cambiano forma che convertono direttamente l'energia di evaporazione in potenti movimenti.

Questi materiali sensibili all'acqua sono stati creati utilizzando semplici varianti di mattoni biologici, noti come tripeptidi, per creare cristalli che sono allo stesso tempo rigidi e morphable. I materiali sono composti da modelli tridimensionali di pori su scala nanometrica in cui l'acqua si lega strettamente, e questi pori sono intervallati da una rete molecolare di regioni rigide e flessibili. Quando l'umidità si abbassa e raggiunge un valore critico, l'acqua fuoriesce dai pori determinando una potente contrazione della rete interconnessa. Ciò fa sì che i cristalli perdano temporaneamente i loro schemi ordinati fino a quando l'umidità non viene ripristinata e i cristalli riacquistano la loro forma originale. Questo processo di nuova concezione può essere ripetuto più e più volte e dà origine a un metodo straordinariamente efficiente di raccolta dell'energia di evaporazione per eseguire lavori meccanici.

"In sostanza abbiamo creato un nuovo tipo di attuatore, che è guidato dall'evaporazione dell'acqua, " ha affermato la studentessa di dottorato del Graduate Center Roxana Piotrowska, il primo autore dello studio e ricercatore presso la CUNY ASRC Nanoscience Initiative. "Osservando la sua attività siamo stati in grado di identificare i meccanismi fondamentali di come i materiali sensibili all'acqua possono convertire in modo efficiente l'evaporazione in energia meccanica".

"Il nostro lavoro consente l'osservazione diretta dell'attuazione guidata dall'evaporazione dei materiali su scala molecolare, '' ha detto l'autore corrispondente dello studio Xi Chen, il cui laboratorio con CUNY ASRC Nanoscience Initiative ha co-diretto la ricerca. "Imparando come estrarre in modo efficiente l'energia dall'evaporazione, e trasformalo in movimento, attuatori migliori e più efficienti possono essere progettati per molte applicazioni, compresi i dispositivi di raccolta dell'energia di evaporazione.''

"È importante che i nostri cristalli progettati sono prodotti dagli stessi identici elementi costitutivi di cui sono fatte le proteine, ma sono radicalmente semplificati e di conseguenza, le loro proprietà possono essere regolate con precisione e ottimizzate razionalmente per questa applicazione, " ha affermato Rein Ulijn, direttore dell'iniziativa Nanoscience di CUNY ASRC, il cui laboratorio, che ha co-diretto il lavoro, è responsabile degli aspetti di progettazione biomolecolare della ricerca. "La bellezza dell'utilizzo di mattoni biologici per creare questa nuova tecnologia è che i cristalli morfogenici risultanti sono biocompatibili, biodegradabile, e conveniente."

Utilizzando una combinazione di esperimenti di laboratorio e simulazioni al computer, i ricercatori sono stati in grado di identificare e studiare i fattori che controllano l'attivazione di questi cristalli. Questo approccio ha portato a nuove intuizioni che informano la progettazione di modi più efficienti per utilizzare l'evaporazione per una varietà di applicazioni, che possono includere componenti robotici o micro e nanomacchine meccaniche alimentate dall'evaporazione dell'acqua.