Un nuovo studio ha dimostrato che le vibrazioni ad alta frequenza possono far sì che i mattoni si autoassemblano in un oggetto 3D più grande, una scoperta che potrebbe un giorno aiutare a eliminare la necessità di catene di montaggio in fabbrica.

Le scoperte, pubblicato oggi sulla rivista Scientific Reports, segnalare un progresso chiave nell'autoassemblaggio programmabile, che in precedenza si pensava fosse possibile solo utilizzando oggetti a una o due dimensioni.

Il gruppo di ricerca, guidato dal dottor Ido Bachelet dell'Istituto per le nanotecnologie e i materiali avanzati dell'Università Bar-Ilan in Israele, ha utilizzato un algoritmo della Computational Geometry Algorithm Library (CGAL) come parte di un progetto che ha permesso a 18 mattoni tetraedrici di autoassemblarsi in un cilindro 3D più grande.

Questo video mostra i blocchi nel processo di assemblaggio. Credito:Adar Hacohen Assemblaggio di oggetti completi. Credito:Adar Hacohen

"Le regole di assemblaggio sono codificate da indicazioni topografiche impresse sulle facce dei mattoni mentre l'attrazione tra i mattoni è fornita da magneti incorporati, " hanno detto i ricercatori nel loro articolo. "I mattoni possono quindi essere mescolati in un contenitore e agitati, portando a oggetti correttamente assemblati con rese elevate e zero errori.

"Progettazioni migliorate ispirate al nostro sistema potrebbero portare a un'implementazione di successo dell'autoassemblaggio su scala macro, permettendo rapidi, fabbricazione di oggetti su richiesta senza la necessità di catene di montaggio."

Autoassemblaggio naturale

La capacità della vita di autoassemblarsi è qualcosa che continua a confondere gli scienziati:proteine, virus, le cellule viventi e gli organismi multicellulari sono tutti esempi di sistemi in cui le parti sono legate l'una all'altra attraverso l'attrazione per formare una struttura o un modello.

Hamza Bendemra, un ingegnere di ricerca presso l'Australian National University, chi non è stato coinvolto nello studio, ha affermato che la ricerca di assemblaggi stampati in 3D è notevole.

"L'algoritmo è stato ispirato dall'assemblaggio molecolare del DNA, " ha detto. Ma ha aggiunto che sono necessarie ulteriori ricerche per affrontare le sfide del tempo, spazio e sicurezza affinché il modello sia più efficiente nel formarsi e nel rimanere insieme.

"Nello studio, un assemblaggio di due mattoni ha richiesto meno di un minuto per l'autoassemblaggio. Però, un assemblaggio di 18 pezzi ha richiesto più di due ore per eseguire la stessa impresa."

"I componenti sono soggetti a vibrazioni elevate e si scontrano più e più volte finché non si inseriscono nella giusta combinazione. Sarebbe una sfida implementare un metodo del genere con materiali a bassa resistenza e scarsa tolleranza agli urti senza causare danni".

Il futuro dell'edilizia?

Bernard Meade, Responsabile dei servizi di ricerca e calcolo presso l'Università di Melbourne, detto che mentre la ricerca iniziale è limitata alla costruzione di piccoli oggetti, dimostrazioni future combinando altre tecniche, come l'elettronica incorporata, potrebbe rendere praticabile la rapida costruzione di dispositivi più grandi.

"Per esempio, ordinare uno smartphone con componenti specifici, assemblato automaticamente e imballato con un rivestimento protettivo, potrebbe richiedere solo pochi minuti e non richiedere più migliaia di telefoni per essere prefabbricati. Forse in futuro potrebbe essere possibile la produzione su scala di mobili - immagina IKEA flatpack - ma penso che sarebbe difficile arrivare a qualcosa delle dimensioni di una casa".

Il prossimo passo nello sviluppo di questo studio per l'edilizia e le industrie manifatturiere consiste nell'utilizzare sia le forze magnetiche che gli adesivi per garantire che l'assemblaggio rimanga in posizione.

Bendemra accettò, affermando che "i ricercatori hanno fatto un ottimo lavoro nell'aggiungere segnali topografici per garantire che solo una combinazione unica avrebbe portato i pezzi a bloccarsi. Il loro filmato mostra chiaramente che i pezzi che si scontrano in una formazione non desiderata si staccano fino a quando non si bloccano come previsto. "

"Il numero di pezzi coinvolti nell'assemblaggio e la natura dei materiali utilizzati (incluso il magnete) in assemblaggi più complessi potrebbero limitare l'uso di tale metodo".

Questa storia è pubblicata per gentile concessione di The Conversation (sotto Creative Commons-Attribuzione/Nessun derivato).