Ricercatori finanziati dall'esercito hanno scoperto come rendere i materiali capaci di autopropulsione, permettendo ai materiali di muoversi senza motori o mani.

I ricercatori dell'Università del Massachusetts Amherst hanno scoperto come realizzare materiali che si spezzano e si ripristinano da soli, basandosi solo sul flusso di energia dal loro ambiente. Questa ricerca, pubblicato in Materiali della natura e finanziato dall'esercito degli Stati Uniti, potrebbe consentire ai futuri robot militari di muoversi dalla propria energia.

"Questo lavoro fa parte di un più ampio sforzo multidisciplinare che cerca di comprendere i sistemi impulsivi biologici e ingegnerizzati che getteranno le basi per metodi scalabili per generare forze per l'azione meccanica e strutture e materiali per l'accumulo di energia, " ha detto il dottor Ralph Anthenien, capo filiale, Ufficio di ricerca dell'esercito, un elemento del comando per lo sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti, ora noto come DEVCOM, Laboratorio di ricerca dell'esercito. "Il lavoro avrà una miriade di possibili applicazioni future nei sistemi di attuazione e motivazione per l'esercito e il Dipartimento della Difesa".

I ricercatori hanno scoperto la fisica durante un banale esperimento che prevedeva l'osservazione di una striscia di gel che si asciugava. I ricercatori hanno osservato che quando il lungo, striscia di gel elastico perso liquido interno a causa dell'evaporazione, la striscia si è mossa. La maggior parte dei movimenti erano lenti, ma ogni tanto, hanno accelerato.

Gli scienziati scoprono come creare materiali che si spezzano e si ripristinano da soli, basandosi solo sul flusso di energia dal loro ambiente. Questa ricerca potrebbe consentire futuri robot militari in grado di liberare la propria energia.

Questi movimenti più veloci erano instabilità a scatto che continuavano a verificarsi mentre il liquido evaporava ulteriormente. Ulteriori studi hanno rivelato che la forma del materiale era importante, e che le strisce potessero reimpostarsi per continuare i loro movimenti.

"Molte piante e animali, soprattutto quelli piccoli, utilizzare parti speciali che fungono da molle e chiavistelli per aiutarli a muoversi molto velocemente, molto più veloce degli animali con i soli muscoli, " ha detto il dottor Al Crosby, un professore di scienza e ingegneria dei polimeri presso il College of Natural Sciences, UMass Amherst. "Piante come le acchiappamosche di Venere sono buoni esempi di questo tipo di movimento, come lo sono le cavallette e le formiche dalla mascella trappola nel mondo animale."

Le instabilità a scatto sono un modo in cui la natura combina una molla e un chiavistello e sono sempre più utilizzate per creare movimenti rapidi in piccoli robot e altri dispositivi, nonché giocattoli come i bottoni automatici di gomma.

"Però, la maggior parte di questi dispositivi a scatto ha bisogno di un motore o di una mano umana per continuare a muoversi, " disse Crosby. "Con questa scoperta, potrebbero esserci varie applicazioni che non richiedono batterie o motori per alimentare il movimento".

Gli scienziati scoprono come i futuri robot militari potrebbero essere in grado di liberarsi solo della propria energia.

Dopo aver appreso la fisica essenziale dalle strisce di asciugatura, il team ha sperimentato diverse forme per trovare quelle che hanno maggiori probabilità di reagire nei modi previsti, e che si muoverebbe ripetutamente senza che alcun motore o lancetta li riavvii. Il team ha anche dimostrato che le strisce rimodellate potrebbero funzionare, come salire una rampa di scale da soli.

"Queste lezioni dimostrano come i materiali possono generare un movimento potente sfruttando le interazioni con il loro ambiente, come per evaporazione, e sono importanti per la progettazione di nuovi robot, soprattutto nelle piccole taglie dove è difficile avere motori, batterie, o altre fonti di energia, " disse Crosby.