Ricerca

Robotica, ecco i muscoli in plastica che sollevano fino a 5000 volte il proprio peso

Zhenan Bao della Stanford University in California e i suoi colleghi hanno ora prodotto un polimero a memoria di forma che immagazzina e rilascia quantità apprezzabili di energia. La loro versione ha una spina dorsale di polipropilenglicole a cui hanno aggiunto unità di bisfenilurea 4-,4′-metilene.

Un polimero che cambia forma quando riscaldato può sollevare oggetti fino a 5000 volte il proprio peso, con potenziali applicazioni nella robotica. I polimeri a memoria di forma si alternano tra il loro stato normale, in cui le molecole sono flessibili e disordinate, e il loro stato deformato, in cui le molecole si legano dopo essere state allungate. Una volta nello stato allungato e deformato, il polimero può essere srotolato – riprendendo il suo stato “normale” – applicando calore o luce.

Tuttavia, i polimeri tradizionali a memoria di forma non immagazzinano quantità significative di energia durante l’allungamento, il che significa che non rilasciano molta energia durante lo stiramento, il che limita il loro uso in attività che comportano il sollevamento o lo spostamento di oggetti.

Quando si allungano, le catene polimeriche diventano fisicamente allineate e si formano legami intra e intermolecolari – chiamati legami idrogeno – tra le catene. Questi aiutano il materiale a mantenere la sua forma altamente tesa. Quindi, quando riscaldato a 70 ° C, i legami idrogeno si rompono e il materiale può tornare alla sua forma originale non tesa, rilasciando energia dai legami nel processo.

Il polimero può essere allungato fino a cinque volte la sua lunghezza iniziale e immagazzinare fino a 17,9 joule di energia per grammo nella sua forma estesa – sei volte quella della maggior parte degli altri polimeri a memoria di forma. “Potrebbe essere usato per sollevare pesi o per aiutare ad assistere o fornire ulteriore spinta a qualcuno che forse ha difficoltà a camminare”, afferma Bao.

Per dimostrare i suoi potenziali usi, il team ha trasformato il materiale in un muscolo artificiale tra la parte superiore e inferiore del braccio di un manichino di legno. Quando l’articolazione del gomito del manichino è stata raddrizzata, il polimero si è allungato . Quindi, applicando calore al polimero, si è contratto di nuovo, causando la flessione dell’articolazione del gomito del manichino.

“Le caratteristiche affidabili e l’elevata resistenza del materiale offrono un nuovo metodo per la progettazione di giunti in grado di sollevare più volte il peso del materiale”, ha spiegato Jonathan Aitken dell’Università di Sheffield, nel Regno Unito. Tuttavia, Aitken mette in discussione la praticità di dover applicare calore al polimero. Bao spera di studiare le proprietà del polimero per vedere se esiste un meccanismo molecolare che può automaticamente allungarsi e ridursi in risposta a cambiamenti di temperatura più piccoli e più facili da ottenere.