EPFL ha sviluppato minuscole fibre in elastomero che possono incorporare materiali come elettrodi e polimeri nanocompositi. Le fibre possono rilevare anche la minima pressione e deformazione, e possono resistere a deformazioni prossime al 500 percento prima di recuperare la loro forma iniziale, tutto ciò li rende perfetti per applicazioni in abbigliamento e protesi intelligenti, e per creare nervi artificiali per i robot.

Le fibre sono state sviluppate presso il Laboratorio di materiali fotonici e dispositivi in ​​fibra dell'EPFL (FIMAP), diretto da Fabien Sorin presso la Facoltà di Ingegneria. Gli scienziati hanno escogitato un metodo facile e veloce per incorporare microstrutture in fibre super elastiche. Ad esempio, aggiungendo elettrodi in punti strategici, hanno trasformato le fibre in sensori ultrasensibili. Cosa c'è di più, il loro metodo può essere utilizzato per produrre centinaia di metri di fibra in un breve lasso di tempo. La loro ricerca è stata appena pubblicata in Materiale avanzato .

Per fare le loro fibre, gli scienziati hanno utilizzato un processo di trafilatura termica, che è il processo standard per la produzione di fibre ottiche. Hanno iniziato creando una preforma macroscopica con i vari componenti in fibra disposti in uno schema 3D accuratamente progettato. Hanno quindi riscaldato la preforma e l'hanno stesa, come plastica fusa, per realizzare fibre di poche centinaia di micron di diametro. E mentre questo processo allungava lo schema dei componenti nel senso della lunghezza, lo contrasse anche trasversalmente, il che significa che le posizioni relative dei componenti sono rimaste le stesse. Il risultato finale è stato un insieme di fibre con una microarchitettura estremamente complicata e proprietà avanzate.

Fino ad ora, la trafilatura termica potrebbe essere utilizzata per realizzare solo fibre rigide. Ma Sorin e il suo team lo hanno usato per realizzare fibre elastiche. Con l'aiuto di un nuovo criterio di selezione dei materiali, sono stati in grado di identificare alcuni elastomeri termoplastici che hanno un'elevata viscosità quando riscaldati. Dopo che le fibre sono state tirate, possono essere allungati e deformati, ma tornano sempre alla loro forma originale.

Materiali rigidi come polimeri nanocompositi, metalli e termoplastici possono essere introdotti nelle fibre, così come i metalli liquidi che possono essere facilmente deformati. "Ad esempio, possiamo aggiungere tre stringhe di elettrodi nella parte superiore delle fibre e una nella parte inferiore. Diversi elettrodi entreranno in contatto a seconda di come viene applicata la pressione alle fibre. Ciò farà sì che gli elettrodi trasmettano un segnale, che può quindi essere letto per determinare esattamente a quale tipo di sollecitazione è esposta la fibra, ad esempio compressione o sollecitazione di taglio, Per esempio, "dice Sorin.

Nervi artificiali per robot

Lavorando in associazione con il Professor Dr. Oliver Brock (Laboratorio di Robotica e Biologia, Università tecnica di Berlino), gli scienziati hanno integrato le loro fibre in dita robotiche come nervi artificiali. Ogni volta che le dita toccano qualcosa, gli elettrodi nelle fibre trasmettono informazioni sull'interazione tattile del robot con l'ambiente circostante. Il team di ricerca ha anche testato l'aggiunta delle loro fibre a indumenti a maglie larghe per rilevare compressione e allungamento. "La nostra tecnologia potrebbe essere utilizzata per sviluppare una tastiera touch integrata direttamente nell'abbigliamento, per esempio" dice Sorin.

I ricercatori vedono molte altre potenziali applicazioni; il processo di trafilatura termica può essere facilmente ottimizzato per la produzione su larga scala. Questo è un vero vantaggio per il settore manifatturiero. Il settore tessile ha già manifestato interesse per la nuova tecnologia, e i brevetti sono stati depositati.