Una nuova classe di materiali che sono sia mezzi di rilevamento, sia nanogeneratori è pronta a rivoluzionare la tecnologia dei materiali multifunzionali. I ricercatori dell’Università di Pittsburgh hanno sviluppato un nuovo sistema di metamateriali che funge da proprio sensore, registrando e trasmettendo importanti informazioni sulla pressione e le sollecitazioni sulla sua struttura. Il cosiddetto “metamateriale autocosciente” può essere impiegato in un’ampia gamma di applicazioni di rilevamento e monitoraggio.
L’aspetto più innovativo del lavoro è la sua scalabilità: lo stesso design funziona su nanoscala e su megascala semplicemente adattando la sua geometria.
Il futuro è nei metamateriali multifunzionali
“I materiali di prossima generazione devono essere multifunzionali, adattivi e sintonizzabili. I sistemi di metamateriali autoconsapevoli che abbiamo inventato possono offrire queste caratteristiche fondendo metamateriali avanzati e tecnologie di raccolta dell’energia su più scale, che si tratti di uno stent medico, di un ammortizzatore o di un’ala di aeroplano” afferma Amir Alavi, che guida iSMaRT Lab dell’università.
Il concetto proposto dai ricercatori americani si basa sulla progettazione e sull’assemblaggio di microstrutture di materiali su misura per le prestazioni.
Il materiale è progettato in modo tale che sotto pressione si verifichi un’elettrificazione di contatto tra i suoi strati conduttivo e dielettrico, creando una carica elettrica che trasmette informazioni sulla condizione del materiale. Inoltre, ha ereditato naturalmente le eccezionali proprietà meccaniche dei metamateriali, come la comprimibilità negativa e l’altissima resistenza alla deformazione. La potenza generata dal meccanismo del nanogeneratore triboelettrico integrato elimina la necessità di una fonte di alimentazione separata: tali sistemi di materiali possono sfruttare centinaia di watt di potenza su larga scala.
“Stiamo facendo un ulteriore passo avanti introducendo rivoluzionari meccanismi di auto-caricamento e auto-rilevamento nel tessuto dei sistemi di materiali” prosegue Kaveh Barri, autore principale dello studio.
I ricercatori hanno creato più prototipi per una varietà di applicazioni di ingegneria civile, aerospaziale e biomedica: su larga scala è stato usato per creare una trave regolabile meccanicamente adatta per un ponte che potesse automonitorare i difetti sulla sua struttura.
