Gli scienziati del RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) e dell'Università di Tokyo hanno sviluppato una pellicola che si arriccia e si raddrizza autonomamente se esposta a minuscole, variazioni appena misurabili dell'umidità ambientale. Quando irradiato con luce ultravioletta, che provoca cambiamenti nella capacità del film di assorbire e desorbire l'acqua, può anche "saltare" in aria.

Secondo Daigo Miyajima del CEMS, "Il nostro studio è iniziato da una scoperta fortuita. Quando abbiamo messo un composto chiamato guanidinio carbonato in un forno ad alta temperatura, abbiamo scoperto che formava non solo una sostanza polverosa, come è consueto in processi simili, ma anche una pellicola giallastra che si attaccava alla superficie del substrato. Il film era un polimero di nitrito di carbonio composto da polimeri impilati di eptazina orientati parallelamente alla superficie del substrato".

La sorpresa è arrivata quando il team ha iniziato ad analizzare questo film insolito. Sono stati in grado di rimuoverlo dal substrato immergendolo in acqua tiepida, e scoprì che era estremamente leggero nonostante la sua robustezza. Quello che non riuscivano a spiegare all'inizio era che in condizioni ambientali, il materiale si piegava improvvisamente e poi si raddrizzava di nuovo, senza alcuno stimolo esterno evidente.

Il gruppo ha fatto una serie di esperimenti per determinare perché questo stava accadendo, e ho scoperto che la chiave era minuscola, variazioni sostanzialmente non rilevabili dell'umidità ambientale. Hanno trovato, ad esempio, che spostando una goccia d'acqua nelle vicinanze della pellicola la si farebbe raddrizzare, ma che ciò non è accaduto quando si sono assicurati che non ci fosse movimento d'aria all'interno della scatola. Hanno pesato il film quando è stato steso e accartocciato, e ha riscontrato una minuscola diminuzione, di soli 680 nanogrammi per 10 millimetri quadrati, nella configurazione arrotolata. Hanno concluso che stava desorbendo l'acqua su una superficie e che i legami tra le molecole d'acqua e il polimero creavano uno stress meccanico che modificava la forma del film. Il cambiamento è avvenuto in modo estremamente rapido, impiegando solo 50 millisecondi quando il film è stato esposto alla luce ultravioletta.

Il movimento era anche potente. Quando il film è stato posizionato su una superficie piana e fatto arricciare, potrebbe letteralmente saltare ad un'altezza di un centimetro, un'altezza 10, 000 volte lo spessore del film. Era anche durevole:in un esperimento hanno irradiato ripetutamente il film con luce ultravioletta, si è piegato e raddrizzato più di 10, 000 volte senza alcun deterioramento evidente.

In un esperimento finale, i ricercatori hanno coperto metà del film con oro sottile, per fermare l'assorbimento e il desorbimento dell'acqua, e poi sottoposto a ripetute arricciature e stirature. Il film potrebbe effettivamente camminare su una superficie, trascinandosi mentre la metà del film si piegava e si rilassava.

Secondo Takuzo Aida, leader dell'Emergent Soft Matter Function Research Group al CEMS e professore all'Università di Tokyo, "Così come un orologio meccanico sfrutta i movimenti naturali del polso per guadagnare energia, questo film prende piccole fluttuazioni nell'umidità ambientale e le trasforma in energia meccanica. Questo tipo di dispositivo sarà utile per creare una società sostenibile".

La ricerca è stata pubblicata il 18 luglio in Materiali della natura .