Dal MIT il nuovo materiale che produce energia usando vapore acqueo

muscolo MIT

Un team di ricercatori del MIT's David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research ha sviluppato una nuova pellicola in polimeri in grado di generare energia dal vapore acqueo. Composto da due pellicole polimeriche, il materiale si accartoccia su se stesso in presenza anche di piccole tracce di acqua evaporata, aprendo così la strada allo sviluppo di nuovi tipi di muscoli artificiali per il controllo di arti robotici o per l'alimentazione di dispositivi micro e nanoscopici.

Il nuovo materiale si presenta molto semplice nel suo design. Consiste di due strati spessi un 20esimo di micrometro. Il primo strato è costituito dal polipirrolo, ossia un polimero duro che fornisce supporto strutturale; mentre il secondo è dato dal poliolo-borato, un gel morbido che si gonfia in quanto assorbe acqua. I precedenti tentativi di sviluppare un simile "muscolo artificiale" si sono affidati ad uno solo di questi strati, ma si è rivelato un netto miglioramento adottandone due.

"Integrando i due diversi tipi di polimeri, è possibile generare uno spostamento molto più grande, oltre ad una forza più forte", spiega Liang Guo un ex-studente post-dottorato. La pellicola sfrutta il gradiente di acqua tra gli ambienti secchi e umidi. Quando si trova su una superficie con solo una piccola quantità di umidità presente, lo strato inferiore si arriccia. Questo processo espone il polimero all'aria dove l'acqua è evaporate dalla superficie. Il materiale si arriccia su se stesso, ora in un senso ora nella altro, in maniera pressoché continua fino a che il ciclo ricomincia.

Ma questa non è solo una curiosità da laboratorio. Il film polimerico esercita una sorprendente quantità di forza nel momento in cui si arriccia. 25 milligrammi di pellicola possono sollevare 380 volte il suo peso o trasportare un carico di fili d'argento dieci volte più pesante. Secondo i ricercatori, questa è la forza necessaria per sostituire gli attuatori elettrici in piccoli arti robotici. Ma c'è di più: si può far ciò senza manipolare l'ambiente. Se l'acqua è disponibile, il film funzionerà automaticamente.

Questa struttura dà un vantaggio non solo agendo come un mini-motore, ma anche come fonte di alimentazione. Il film potrebbe utilizzare materiali piezoelettrici per generare elettricità. Attualmente, la pellicola è in grado di produrre 5,6 nanowatt, sufficiente per eseguire una potenza ultra-bassa nei dispositivi microelettronici. Secondo Mingming Ma, uno studente di post-dottorato e autore di un documento che descrive il nuovo materiale, "con un sensore alimentato da una batteria, è necessario sostituirlo periodicamente. Se si dispone di questo dispositivo, è possibile ricavare energia dall'ambiente, quindi non c'è bisogno di sostituirlo molto spesso".

I ricercatori hanno anche concepito tale pellicola in modo da creare energia se posta su di uno specchio d'acqua o all'interno di un capo d'abbigliamento, dove il sudore possa produrre energia nei dispositivi indossati. Per l'immediato futuro, il team sta lavorando per migliorare l'efficienza delle pellicole più piccole e per consentire, in seguito, di alimentare dispositivi più grandi.

I risultati del gruppo di ricerca sono stati pubblicati sul numero dell'11 gennaio di Science.

Federica Vitale

Leggi anche:

- MIT: il sistema di mappatura digitale che si indossa

- Al MIT si incanala l'energia solare