Sistemi meccanici, come motori e motori, si basano su due tipi principali di moto delle componenti rigide:moto lineare, che coinvolge un oggetto che si sposta da un punto all'altro in linea retta; e moto rotatorio, che coinvolge un oggetto che ruota su un asse.

La natura ha sviluppato forme di movimento, o attuazione, molto più sofisticate, in grado di svolgere funzioni complesse in modo più diretto e con componenti molli. Per esempio, i nostri occhi possono cambiare punto focale semplicemente contraendo i muscoli molli per cambiare la forma della cornea. In contrasto, le fotocamere mettono a fuoco spostando obiettivi solidi lungo una linea, manualmente o con un autofocus.

Ma cosa accadrebbe se potessimo imitare i cambiamenti di forma e i movimenti che si trovano in natura?

Ora, ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un metodo per modificare la forma di un foglio piatto di elastomero, utilizzando un'attuazione rapida, reversibile, controllabile da una tensione applicata, e riconfigurabile in diverse forme.

La ricerca è stata pubblicata su Comunicazioni sulla natura .

"Vediamo questo lavoro come il primo passo nello sviluppo di un soft, materiale che cambia forma che cambia forma in base ai segnali di controllo elettrici da un computer, " ha detto David Clarke, l'Extended Tarr Family Professor of Materials presso SEAS e autore senior dell'articolo. "Questo è simile ai primissimi passi compiuti negli anni '50 per creare circuiti integrati dal silicio, sostituzione di circuiti a componenti discreti, singoli componenti. Proprio come quei circuiti integrati erano primitivi rispetto alle capacità dell'elettronica di oggi, i nostri dispositivi hanno un'architettura tridimensionale semplice ma integrata di conduttori elettrici e dielettrici, e dimostrare gli elementi di riconfigurazione programmabile, per creare cambi di forma ampi e reversibili."

La lastra in elastomero riconfigurabile è composta da più strati. Tra ogni strato sono incorporati elettrodi a base di nanotubi di carbonio di forme diverse. Quando viene applicata una tensione a questi elettrodi, all'interno del foglio di elastomero si crea un campo elettrico spazialmente variabile che produce variazioni irregolari nella geometria del materiale, permettendogli di trasformarsi in una forma tridimensionale controllabile.

Diversi set di elettrodi possono essere accesi indipendentemente, abilitando forme diverse in base a quali set di elettrodi sono accesi e quali sono spenti.

"Oltre ad essere riconfigurabile e reversibile, queste attuazioni di morphing hanno una densità di potenza simile a quella dei muscoli naturali, " ha detto Ehsan Hajiesmaili, primo autore del paper e dottorando presso SEAS. "Questa funzionalità potrebbe trasformare il modo in cui funzionano i dispositivi meccanici. Esistono esempi di dispositivi attuali che potrebbero utilizzare deformazioni più sofisticate per funzionare in modo più efficiente, come specchi ottici e lenti. Ma ancora più importante, questo metodo di attuazione apre le porte a nuovi dispositivi ritenuti troppo complicati da perseguire a causa delle complesse deformazioni richieste, come un profilo alare che si trasforma in forma."

In questa ricerca, il team ha anche previsto le forme di attuazione, data la progettazione della disposizione degli elettrodi e la tensione applicata. Prossimo, i ricercatori mirano ad affrontare il problema inverso:data una forma di attuazione desiderata, qual è il design degli elettrodi e la tensione richiesta che lo causerà?