Nuove strategie per rendere i polimeri fotomobili più efficienti, veloci e adatti alle applicazioni industriali. Dalla soft robotics ai sistemi adattivi.
PRIMO PIANO MATERIALI
Enea e Cnr accelerano sui materiali smart
Nuove strategie per rendere i polimeri fotomobili più efficienti, veloci e adatti alle applicazioni industriali. Dalla soft robotics ai sistemi adattivi.
La ricerca italiana compie un nuovo passo avanti nel campo dei materiali intelligenti. Enea e Cnr stanno infatti sviluppando tecnologie innovative per rendere gli smart materials più performanti, semplici da produrre e soprattutto più vicini a un impiego industriale su larga scala. I materiali intelligenti rappresentano uno dei settori più dinamici della ricerca avanzata. Si tratta di materiali capaci di reagire a stimoli esterni come luce, temperatura, pressione o campi elettrici e magnetici, modificando in modo controllato caratteristiche quali forma, rigidità o dimensioni. Questa capacità li rende particolarmente interessanti per numerosi comparti industriali, dalla medicina all’ elettronica, passando per la robotica e i sistemi di automazione. Tra gli ambiti applicativi più promettenti figurano i dispositivi biomedicali di nuova generazione. Pacemaker, protesi articolari e altri impianti intelligenti possono infatti adattarsi alle condizioni fisiologiche dell’ organismo, migliorandone funzionalità ed efficacia. Altrettanto rilevante è il filone degli idrogel intelligenti, materiali in grado di modificare struttura e volume in risposta a variazioni di temperatura, pH o campi elettrici, trovando impiego nel rilascio controllato dei farmaci.
Focus sui polimeri fotomobili L’ attività congiunta di Enea e Cnr-Isasi, coordinata rispettivamente da Giuseppe Nenna e Lucia Petti, si è concentrata su una particolare categoria di smart materials: i Photomobile Polymers( PMP), ovvero polimeri fotomobili. Questi materiali appartengono alla famiglia degli attuatori ottici e hanno la capacità di trasformare l’ energia luminosa in movimento meccanico. Quando vengono esposti a specifiche lunghezze d’ onda della luce, subiscono deformazioni controllate e reversibili, generando movimenti precisi senza necessità di contatti fisici o alimentazioni meccaniche tradizionali. Come spiega Giuseppe Nenna, ricercatore Enea presso il Laboratorio Componenti e sistemi intelligenti per la manifattura del Dipartimento Sostenibilità, i polimeri fotomobili presentano un elevato potenziale applicativo in settori quali optoelettronica, microingegneria, biomedicina e tecnologie ambientali.
Il ruolo dell’ azobenzene Alla base del funzionamento di questi materiali vi è l’ incorporazione di unità di azobenzene, molecole che agiscono come veri e propri motori del movimento. La loro capacità di modificare configurazione sotto l’ azione della luce consente infatti di generare la risposta meccanica del materiale. L’ obiettivo dei ricercatori è stato quello di migliorare la risposta fotomeccanica dei PMP, intervenendo su parametri chiave come velocità di attuazione, angolo di flessione e resistenza alle condizioni operative più gravose. Per raggiungere questo risultato il gruppo ha sperimentato diverse strategie innovative. Una delle più efficaci riguarda la laminazione dei film polimerici con uno strato di rame, soluzione che migliora la dissipazione del calore permettendo al materiale di sopportare livelli più elevati di irraggiamento senza perdere prestazioni. Parallelamente, i ricercatori hanno inserito nella matrice polimerica differenti nanoparticelle, tra cui carbon black, ossido di zinco e nanocuboidi d’ argento. Questi additivi consentono di attivare indirettamente l’ azobenzene, aumentando l’ efficienza del movimento e riducendo significativamente i tempi di risposta.
Verso applicazioni alimentate dalla luce solare Uno dei risultati più interessanti emersi dal lavoro del team riguarda l’ ampliamento della gamma di lunghezze d’ onda utilizzabili per attivare i materiali fotomobili. Alla recente Conferenza Internazionale sulla Scienza dei Materiali e le Nanotecnologie di Barcellona, il gruppo Enea-Cnr ha presentato nuove soluzioni che permettono ai PMP di sfruttare una porzione più ampia dello spettro luminoso, aprendo la strada all’ utilizzo diretto della radiazione solare. Si tratta di un passaggio fondamentale in ottica industriale, perché consente di immaginare sistemi autonomi e scalabili capaci di operare senza sorgenti luminose dedicate.
Dalla ricerca al mercato Le attività sono state sviluppate nell’ ambito dei progetti europei Pulse-Com e Alice. I risultati ottenuti confermano il ruolo strategico della ricerca sui materiali intelligenti per la manifattura del futuro. La possibilità di progettare polimeri capaci di muoversi, adattarsi e reagire alla luce con maggiore efficienza rappresenta infatti una prospettiva di grande interesse non solo scientifico, ma anche industriale. Un percorso che potrebbe portare, nei prossimi anni, alla diffusione di nuovi componenti smart in settori ad alto valore aggiunto, rafforzando la competitività tecnologica del sistema produttivo italiano.
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