Immagina di sollevare ripetutamente 165 volte il tuo peso senza sudare, un'impresa normalmente riservata a eroi come Spider-Man.

Gli ingegneri della Rutgers University-New Brunswick hanno scoperto un semplice, modo economico per realizzare un dispositivo di dimensioni nanometriche che possa eguagliare l'amichevole Avenger di quartiere, su scala molto più piccola. La loro creazione pesa 1,6 milligrammi (circa cinque semi di papavero) e può sollevare 265 milligrammi (il peso di circa 825 semi di papavero) centinaia di volte di seguito.

La sua forza deriva da un processo di inserimento e rimozione di ioni tra fogli molto sottili di bisolfuro di molibdeno (MoS2), un composto minerale cristallino inorganico. È un nuovo tipo di attuatore:dispositivi che funzionano come i muscoli e convertono l'energia elettrica in energia meccanica.

La scoperta di Rutgers - elegantemente chiamata "dispositivo di attuazione biomorfo connesso in serie inversa (ISC)" - è descritta in uno studio pubblicato online oggi sulla rivista Natura .

"Abbiamo scoperto che applicando una piccola quantità di tensione, il dispositivo può sollevare qualcosa che è molto più pesante di se stesso, "disse Manish Chhowalla, professore e presidente associato del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Scuola di Ingegneria. "Si tratta di una scoperta importante nel campo degli attuatori elettrochimici. Il semplice rimontaggio di fogli atomicamente sottili di MoS2 metallico porta ad attuatori in grado di resistere a sollecitazioni e sollecitazioni paragonabili o maggiori rispetto ad altri materiali per attuatori".

Gli attuatori sono utilizzati in un'ampia varietà di sistemi elettromeccanici e nella robotica. Hanno applicazioni come cateteri orientabili, ali degli aerei che si adattano alle mutevoli condizioni e turbine eoliche che riducono la resistenza, le note di studio.

La scoperta alla Rutgers University-New Brunswick è stata fatta da Muharrem Acerce, l'autore principale dello studio e uno studente di dottorato nel gruppo di Chhowalla, con l'aiuto di E. Koray Akdo?an, professore a contratto presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, disse Chowalla, autore senior dello studio.

Il bisolfuro di molibdeno, un minerale presente in natura, è comunemente usato come lubrificante allo stato solido nei motori, secondo Chhowalla, che dirige anche il Rutgers Institute for Advanced Materials, Dispositivi e nanotecnologie. È un materiale stratificato come la grafite, con forte legame chimico all'interno di strati sottili ma debole legame tra gli strati. Così, i singoli strati di MoS2 possono essere facilmente separati in singoli fogli sottili tramite chimica.

I fogli estremamente sottili, chiamati anche nanofogli, rimangono sospesi in solventi come l'acqua. I nanofogli possono essere assemblati in pile mettendo la soluzione su un materiale flessibile e lasciando evaporare il solvente. I fogli ricomposti possono quindi essere utilizzati come elettrodi, simili a quelli delle batterie, con elevata conduttività elettrica per inserire e rimuovere gli ioni. L'inserimento e la rimozione di ioni porta all'espansione e alla contrazione dei nanosheet, conseguente forza sulla superficie. Questa forza innesca il movimento, o l'attuazione, del materiale flessibile.

Chhowalla e i membri del suo gruppo hanno scoperto che il loro dispositivo elettrochimico basato su MoS2 ha proprietà meccaniche come stress, deformazione e capacità di lavoro straordinarie considerando che gli elettrodi sono realizzati semplicemente impilando nanofogli che interagiscono debolmente.

"Il prossimo passo è crescere e provare a creare attuatori in grado di spostare cose più grandi, " disse Choballa.