Esistono un gran numero di materiali polimerici che possono essere indotti a cambiare forma da molti stimoli esterni, come ad esempio trazioni meccaniche, stimoli ottici, o ancora variazioni di temperatura o pH. Molti di questi materiali, però, presentano dei problemi che ne rendono difficile l’utilizzo a fini pratici industriali: un tempo di shifting eccessivamente lungo e l’impossibilità nel modificarne la forma un numero altissimo di volte senza alterarne le proprietà, sono fra i problemi più frequenti e quelli su cui la ricerca si è maggiormente concentrata.
La luce e il calore inducono la forma
Un gruppo di ricerca dell’University of Colorado Boulder ha sviluppato un nuovo materiale che è in grado di cambiare forma in maniera controllata rispondendo a cambiamenti di temperatura e di luce.
Il materiale di partenza è costituito da Elastomeri a Cristalli Liquidi (LCE), un tipo di polimeri che si posiziona a metà fra polimeri termoindurenti, cioè che diventano via via più rigidi all’aumentare della temperatura, e polimeri termoplastici, che invece perdono di viscosità con il calore e che quindi possono essere modellati a piacimento e che tornano rigidi raffreddandosi.
All’interno della catena polimerica composta da LCE è stato poi inserito un fotosensibilizzante. Così funzionalizzati, quando vengono irradiati da un’opportuna lunghezza d’onda (320 – 500 nm) e a una certa gamma di temperature i cambiamenti nella struttura cristallina inducono un’alterazione anche nei legami fra le molecole del polimero.
Questo doppio innesco (temperatura e luce) permette al materiale di poter essere programmato in una vastissima gamma di forme: si irradia il polimero, che si trova a una certa temperatura, e lo si modella nella forma desiderata, poi lo si riporta alle condizioni iniziali. In questo modo se si irradia nuovamente alla stesse lunghezza d’onda e alla stessa temperatura, si ottiene che il polimero tornerà ad assumere la forma che era stata precedentemente programmata.
[Video credit: Bowman Lab / University of Colorado Boulder]
Possibili applicazioni
I vantaggi di questo tipo di tecnologia sono davvero moltissimi, infatti un materiale che può essere ripetutamente programmato per assumere le forme più disparate, anche complesse, trova applicazioni in vari campi, dalla robotica al manifatturiero, così come anche in campo biomedico dove ad esempio potrebbe essere impiegato nella produzione di muscoli artificiali e protesi.
Naturalmente molti miglioramenti possono ancora essere apportati, aumentando l’efficienza e diminuendo ulteriormente il tempo di risposta, ma si può sicuramente dire che il lavoro del gruppo americano è molto promettente e di larghissimo impiego.
Riferimenti: McBride, Matthew K., et al. “A readily programmable, fully reversible shape-switching material.” Science advances 4.8 (2018): eaat4634.
