Gli ingegneri del MIT hanno creato un nuovo film polimerico in grado di generare elettricità attingendo a una fonte onnipresente:il vapore acqueo.

Il nuovo materiale cambia forma dopo aver assorbito piccole quantità di acqua evaporata, permettendogli di arricciarsi ripetutamente su e giù. Sfruttare questo movimento continuo potrebbe guidare arti robotici o generare abbastanza elettricità per alimentare dispositivi micro e nanoelettronici, come i sensori ambientali.

"Con un sensore alimentato da una batteria, devi sostituirlo periodicamente. Se hai questo dispositivo, puoi raccogliere energia dall'ambiente in modo da non doverla sostituire molto spesso, "dice Mingming Ma, un postdoc presso il David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e autore principale di un articolo che descrive il nuovo materiale nel numero dell'11 gennaio di Scienza .

"Siamo molto entusiasti di questo nuovo materiale, e ci aspettiamo che quando otteniamo una maggiore efficienza nella conversione dell'energia meccanica in elettricità, questo materiale troverà applicazioni ancora più ampie, "dice Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT e autore senior dell'articolo. Tali potenziali applicazioni includono su larga scala, generatori a vapore acqueo, o generatori più piccoli per alimentare l'elettronica indossabile.

Altri autori dell'articolo su Science sono il postdoc del Koch Institute Liang Guo e Daniel Anderson, il professore associato di ingegneria chimica Samuel A. Goldblith e membro del Koch Institute e dell'Istituto per l'ingegneria medica e la scienza del MIT.

Raccolta di energia

Il nuovo film è costituito da una rete ad incastro di due diversi polimeri. Uno dei polimeri, polipirrolo, forma una matrice dura ma flessibile che fornisce supporto strutturale. L'altro polimero poliolo-borato, è un gel morbido che si gonfia quando assorbe acqua.

I precedenti sforzi per realizzare film che reagiscono all'acqua hanno utilizzato solo polipirrolo, che mostra di per sé una risposta molto più debole. "Incorporando i due diversi tipi di polimeri, puoi generare uno spostamento molto più grande, così come una forza più forte, " dice Guo.

Il film raccoglie l'energia che si trova nel gradiente d'acqua tra ambienti secchi e ricchi d'acqua. Quando il film di 20 micrometri di spessore giace su una superficie che contiene anche una piccola quantità di umidità, lo strato inferiore assorbe l'acqua evaporata, costringendo il film ad arricciarsi lontano dalla superficie. Una volta che il fondo del film è esposto all'aria, rilascia rapidamente l'umidità, capriole in avanti, e ricomincia a rannicchiarsi. Poiché questo ciclo si ripete, il moto continuo converte l'energia chimica del gradiente d'acqua in energia meccanica.

Tali film potrebbero agire come attuatori (un tipo di motore) o generatori. Come attuatore, il materiale può essere sorprendentemente potente:i ricercatori hanno dimostrato che una pellicola da 25 milligrammi può sollevare un carico di vetrini 380 volte il proprio peso, o trasportare un carico di fili d'argento 10 volte il proprio peso, lavorando come un potente "mini trattore" azionato dall'acqua. Utilizzando solo l'acqua come fonte di energia, questo film potrebbe sostituire gli attuatori elettrici ora utilizzati per controllare piccoli arti robotici.

"Non ha bisogno di molta acqua, "Ma' dice. "Una quantità molto piccola di umidità sarebbe sufficiente."

Generazione di elettricità

L'energia meccanica generata dal materiale può anche essere convertita in elettricità accoppiando il film polimerico con un materiale piezoelettrico, che converte lo stress meccanico in una carica elettrica. Questo sistema può generare una potenza media di 5,6 nanowatt, che possono essere immagazzinati in condensatori per alimentare dispositivi microelettronici a bassissima potenza, come sensori di temperatura e umidità.

Se utilizzato per generare elettricità su larga scala, il film potrebbe raccogliere energia dall'ambiente, ad esempio mentre posto sopra un lago o un fiume. O, potrebbe essere attaccato ai vestiti, dove la semplice evaporazione del sudore potrebbe alimentare dispositivi come sensori di monitoraggio fisiologico. "Potresti correre o fare esercizio e generare energia, " dice Guo.

Su scala minore, il film potrebbe alimentare i sistemi microelettromeccanici (MEMS), compresi i sensori ambientali, o dispositivi ancora più piccoli, come la nanoelettronica. I ricercatori stanno ora lavorando per migliorare l'efficienza della conversione dell'energia meccanica in energia elettrica, che potrebbe consentire a film più piccoli di alimentare dispositivi più grandi.