L'articolo pubblicato l'altro ieri sulla prestigiosa rivista Science è sicuramente un importante passo avanti sulla strada della miniaturizzazione di attuatori meccanici (cioè dispositivi che esercitano una forza per mettere in movimento o controllare sistemi meccanici), indispensabili per realizzare sempre più complessi e raffinati sistemi nano- e micro-elettromeccanici (NEMS e MEMS), sviluppando così il pieno potenziale della nanotecnologia.
Gli scienziati autori dell'articolo sono riusciti a realizzare dei veri e propri "muscoli artificiali" costituiti da nanotubi di carbonio intessuti assieme elicoidalmente un pò come le fibre che compongono una corda.
I nanotubi di carbonio, strutture cilindriche composte da un singolo strato di atomi di carbonio avvolto su se stesso, sono, da tempo, al centro dell'attenzione dei ricercatori che si occupano di nanotecnologia a causa delle loro eccezionali caratteristiche elettoniche e meccaniche.
Il "muscolo artificiale" prodotto dagli scienziati misura un diametro di appena 15 micron (10^(-6) m) e, se tenuto in una soluzione elettrolitica e sottoposto ad una tensione elettrica si contrae, torcendosi, funzionando analogamente ai muscoli costituiti di fibre elicoidali che si trovano in natura nella proboscide degli elefanti o nei tentacoli dei polpi.
Il meccanismo di funzionamento è questo:
quando il fascio di nanotubi è sottoposto a tensione tramite elettrodi applicati ai suoi capi gli ioni contenuti nella soluzione elettrolitica migrano verso l'interno della fibra per compensare la carica elettronica negativa in transito all'interno dei nanotubi stessi. Questi, essendo porosi, vengono penetrati dagli ioni che, accumulandosi, ne provocano un aumento di volume accompagnato da un accorciamento della loro lunghezza il quale a sua volta mette in torsione l'intera fibra. La torsione può essere invertita invertendo la differenza di potenziale applicata dagli elettrodi. Nell'immagine è evidenziato l'angolo di torsione della fibra "fotografata" con un microscopio elettronico.
Per dimostrare l'efficacia del loro dispositivo i ricercatori lo hanno già utilizzato come miscelatore integrato all'interno di un chip microfluidico.I chip microfluidici sono dispositivi miniaturizzati, anche chiamati Lab-on-a-chip, in grado di svolgere da soli molte analisi chimiche e fisiche di sostenze che vengono depositate su di essi.
I motori elettrici che usiamo comunemete alla macroscala, indispensabili per il funzionamento di quasi qualunque tipo di macchina, sono molto difficili da miniaturizzare per la loro notevole complessità. Il micro-motore elettrico ottenuto dai ricercatori però segna un traguardo importantissimo, essendo il primo mai prodotto alla sua scala ad avere un efficienza relativa in termini di massa comparabile con quella dei motori elettrici macroscopici.
Grazie a questi muscoli artificiali potranno essere più facilmente miniaturizzate pompe, motori, turbine e compressori, inoltre questa tecnologia potrebbe risultare utilissima nel campo della robotica o per la realizzazione di protesi robotiche.
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