Non serve più copiare madre natura per creare materiali resistenti: ora gli ingegneri riescono persino a migliorarla. Un gruppo di ricercatori dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, in collaborazione con il Politecnico di Danimarca, ha sviluppato un materiale sintetico multistrato capace di adattarsi in tempo reale agli impatti, simulando il comportamento dei gusci di molluschi come le conchiglie. L’obiettivo? Creare soluzioni più intelligenti e sicure per paraurti, armature e protezioni indossabili.
Alla base del progetto c’è un concetto semplice quanto innovativo: ogni strato del materiale è stato progettato per reagire in modo differente allo stress meccanico, ma soprattutto per lavorare in sinergia con gli altri. A differenza dei vecchi approcci, in cui i materiali erano pensati come elementi statici o separati, qui ogni livello dialoga con gli altri, modificando il modo in cui le sollecitazioni si propagano.
Il modello naturale di riferimento è il nacre, o madreperla, lo strato interno brillante delle conchiglie di ostriche e abaloni. Nonostante la sua fragranza apparente, questo materiale naturale è in grado di assorbire urti notevoli grazie alla sua struttura microscopica a strati. I ricercatori non si sono limitati a imitarlo, ma hanno ideato una strategia per programmare le interazioni tra gli strati, facendo in modo che il materiale si comporti come un’unità coesa e intelligente.
Un altro aspetto sorprendente di questa ricerca è l’uso strategico del fenomeno del buckling — il cedimento localizzato che di solito rappresenta un fallimento strutturale, come quando una lattina si schiaccia. In questo caso, invece, la deformazione è voluta e controllata: gli strati del materiale collassano gradualmente in sequenza, assorbendo l’energia dell’impatto con maggiore efficacia rispetto ai materiali tradizionali.
Come spiega la professoressa Shelly Zhang, tra le ideatrici del progetto, l’idea è nata durante una discussione con il collega danese Ole Sigmund. La domanda era: come superare i limiti fisici di un singolo materiale? La risposta è stata un sistema che sfrutta i comportamenti estremi, come il buckling, per distribuire l’energia in modo intelligente.
La vera svolta, però, arriva dalla programmazione a livello microscopico. Gli scienziati hanno progettato non solo le proprietà di ciascuno strato, ma anche il modo in cui questi sono connessi tra loro. Questo consente al materiale di adattarsi in maniera complessa e dinamica alle forze esterne, molto oltre ciò che sarebbe possibile con una singola struttura o un reticolo statico.
Naturalmente, il passaggio dal laboratorio alla produzione industriale su larga scala resta una sfida aperta. I primi prototipi non si sono comportati esattamente come previsto, ma questo ha permesso di raccogliere dati preziosi: le discrepanze tra simulazioni e realtà hanno aiutato i ricercatori a capire meglio come personalizzare la sequenza del buckling per ottenere comportamenti su misura. La scoperta è stata pubblicata sulla rivista Science Advances.
Nuovi incentivi per le auto elettriche nella revisione del PNRR. A disposizione quasi 600 milioni di euro