I ricercatori del Korea Research Institute of Chemical Technology e dell’Università di Sejong hanno sviluppato la prima tecnologia di stampa 4D al mondo basata su polimeri ricchi di zolfo che reagiscono a calore, luce e campi magnetici.
Un team di ricerca congiunto formato dal Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) e dall’Università di Sejong ha presentato la prima tecnologia di stampa 4D al mondo a base di polimeri ricchi di zolfo che reagiscono a calore, luce e campi magnetici. Pubblicato sulla rivista Advanced Materials, lo studio rappresenta il primo esempio di riciclo di scarti industriali contenenti zolfo per la produzione di materiali robotici avanzati. I materiali intelligenti, in grado di muoversi autonomamente e di essere riciclati, diventeranno probabilmente i principali motori delle future tecnologie di robotica morbida e automazione.
Secondo il Mineral Commodity Summaries 2025 pubblicato dallo United States Geological Survey (USGS), la produzione globale di zolfo ha raggiunto circa 85 milioni di tonnellate nel 2024. Grandi quantità di zolfo elementare vengono generate come sottoprodotti durante la raffinazione del petrolio. Lo sviluppo di tecnologie in grado di convertire questo materiale abbondante da semplice sottoprodotto industriale in una risorsa preziosa è quindi diventato sempre più importante.
Una soluzione promettente è rappresentata dalle “plastiche di zolfo“, che stanno attirando l’attenzione come materiale circolare rappresentativo, capace di convertire lo zolfo di scarto in risorse di alto valore. Le plastiche di zolfo possiedono diverse proprietà vantaggiose. Questi materiali sono in grado di trasmettere la luce infrarossa, cosa impossibile per le plastiche convenzionali, rendendoli adatti per le lenti delle fotocamere a infrarossi. Possono inoltre catturare metalli pesanti, consentendo applicazioni nei sistemi di purificazione dell’acqua. Di conseguenza, le plastiche a base di zolfo sono considerate materiali ecocompatibili, che consentono il riciclo delle risorse e che possono contribuire simultaneamente alla tutela dell’ambiente e allo sviluppo di industrie avanzate.
Progettazione di polimeri a base di zolfo per la stampa 4D
Nonostante questi vantaggi, le plastiche a base di zolfo si sono rivelate difficili da applicare nelle tecnologie di stampa 3D per la realizzazione di strutture complesse. La loro struttura interna a rete densamente reticolata ne ha ostacolato l’utilizzo nella stampa 3D a causa della scarsa fluidità. Per superare questa limitazione, il team di ricerca del Korea Research Institute of Chemical Technology e dell’Università di Sejong ha progettato una rete polimerica di zolfo a reticolazione debole, che consente di estrudere e stampare facilmente il materiale in complesse strutture 3D. Controllando con precisione il contenuto di zolfo e la struttura reticolata del polimero, i ricercatori hanno realizzato la stampa 4D con proprietà di memoria di forma. Queste strutture possono trasformare autonomamente la propria forma in risposta al calore o alla luce, senza bisogno di sistemi meccanici aggiuntivi. Inoltre, l’applicazione di un laser a infrarossi vicini (NIR) per soli otto secondi innesca un processo di saldatura chimica, in cui i legami interni si rompono e si riconnettono temporaneamente. Ciò consente di unire saldamente i componenti stampati senza l’uso di adesivi, permettendo la fabbricazione di complesse strutture 4D simili all’assemblaggio di mattoncini LEGO.
Robot morbidi e completa riciclabilità
Incorporando il 20% di particelle magnetiche, gli scienziati hanno sviluppato robot morbidi di dimensioni inferiori a 1 cm che si muovono autonomamente senza fonti di alimentazione esterne. Combinando le proprietà di memoria di forma del polimero con la reattività magnetica, i robot possono eseguire movimenti complessi seguendo campi magnetici esterni.
Un’altra caratteristica fondamentale di questa tecnologia è la sua capacità di produzione a ciclo chiuso. Dopo l’uso, le strutture 4D stampate possono essere fuse e completamente riutilizzate come materiale di stampa, consentendo il riciclo al 100% del materiale e creando un sistema di produzione completo a circolazione di risorse.
Foto: Courtesy del KRICT
