Muscoli super forti da nanotubi al carbonio
Le proprietà dei filamenti di nanotubi al carbonio usati per trasformare energia elettrica o chimica in meccanica, e quindi essere utilizzati come attuatori per imitare i muscoli naturali, sono promettenti. Il passaggio chiave ancora mancante è dal singolo filamento ad una realizzazione materiale macroscopica.
di 31-01-07
I muscoli artificiali ottenuti da nanotubi al carbonio sono 100 volte più forti di quelli umani. Ottenendo nanotubi in un filamento molto più sottile di un capello, i ricercatori hanno ottenuto dei muscoli artificiali che esercitano 100 volte la forza, per unità di area, dei muscoli naturali. I muscoli artificiali, degli attuatori che si basano su certi tipi di metalli o polimeri che si accorciano, allungano o cambiano forma, sono utili per gli arti prostetici, per macchinari microscopici e per robot. Il livello di forza generato con questi approcci non è elevato, ma i nanotubi al carbonio potenzialmente possono generare una forza enorme. Ray Baughman, direttore dell'Istituto per le Nanotecnologie all Università del Texas a Dallas, ha già sviluppato degli attuatori basati sui nanotubi al carbonio in grado di convertire l'energia contenuta nell'idrogeno in lavoro meccanico. Ha utilizzato una struttura simile ad una cella a combustibile nella quale elettrodi ai nanotubi ricoperti di catalizzatore svolgono il ruolo di attuatori, cambiando dimensioni in funzione dell'impulso elettrico ricevuto. Purtroppo, i fogli di nanotubi al carbonio utilizzati in questi esperimenti non utilizzano al meglio la forza dei nanotubi; trovare un materiale costituito di nanotubi che permetta di sfruttare la forza straordinaria del singolo nanotubo è stata una grossa sfida per i ricercatori. In una collaborazione con John Madden dell'Università della British Columbia, Baughman ha ottenuto degli attuatori partendo da filamenti di nanotubi. I filamenti sono stati ottenuti crescendo dei nanotubi molto densamente impacchettati l'uno vicino all'altro, lunghi circa 100 micrometri. I nanotubi sono quindi lavorati in un filamento sottile, solo il 2% di un capello, invisibile, ma lungo più di un metro. Filamenti lavorati in questo modo sono in grado di sostenere un carico 150 volte superiore dei fogli a nanotubi. Tuttavia, rimane parecchio lavoro da svolgere nello sviluppo di questi materiali: applicando carichi più grandi agli attuatori, il materiale mostra il fenomeno del "creep", cioè non ritorna alle sue dimensioni originali dopo alcuni cicli di lavoro. Perchè questi attuatori siano utili in applicazioni concrete, sarà necessario eliminare il creep. Un'altro punto chiave è quello di essere in grado di ottenere la stessa performance su scala superiore al singolo filamento. Anche se i muscoli ai nanotubi sono più performanti dei corrispondenti naturali a parità di area, i muscoli naturali sono molto più grandi, permettendo di ottenere una forza finale superiore. Ottenere il materiale artificiale in scala paragonabile alle dimensioni di un muscolo naturale è una difficoltà in tutto il settore dei muscoli artificiali, ed è la sfida principale perchè i muscoli ai nanotubi divengano una realtà.