Materiali

Con la stampa 3D sono stati fatti progressi nel settore industriale, nella ricerca dai prototipi industriali, nei biomateriali degradabili utilizzati nella medicina rigenerativa. Quello che segue è il 4D: trasformare questi materiali affinché possano muoversi o mutare di fronte a stimoli esterni.

Humberto Palza Cordero,(1) ingegnere dei materiali presso l'Università del Cile,(2) asserisce che la recente capacità di creare o costruire oggetti, strato per strato, e da un modello di calcolo virtuale, noto anche come stampa 3D, ha tutte le potenzialità per rivoluzionare il nostro mondo in aspetti che vanno ben oltre la tecnologia. Questa tecnologia ha prodotto significativi cambiamenti nei modelli di business, nella logistica di produzione e nella catena di approvvigionamento, così che oggi è un pilastro fondamentale in quella che è stata definita la terza rivoluzione industriale. Ciò che accadrà in futuro, in termini geopolitici, economici, sociali, demografici e ambientali, sarà equivalente alle precedenti rivoluzioni riconducibili al motore a vapore o ai processi di industrializzazione del primo Novecento.

Sembra storia, ma solo un decennio fa l'unico modo per generare un prototipo di qualsiasi prodotto era quello di processarlo in macchine o attrezzature industriali tradizionali ad un costo molto alto. Oggi, con una semplice progettazione assistita da computer, è possibile stampare qualsiasi prototipo, accelerando le innovazioni e le iniziative in molteplici ambiti. La stampa 3D è già ampiamente utilizzata dall'industria tradizionale per la produzione di pezzi di ricambio e parti nuove per aerei, treni e automobili. La stampa 3D è l'applicazione più efficacie in sostituzione ai processi di produzione tradizionali.

Tuttavia, il grande impatto della stampa 3D verrà con l'introduzione di nuovi prodotti e tecnologie. Forse uno degli esempi più interessanti in questo contesto è l'uso della stampa 3D nella medicina rigenerativa. Un requisito fondamentale nell'uso delle cellule staminali per trattamenti avanzati di rigenerazione dei tessuti è la costruzione di un'impalcatura tridimensionale che fornisce supporto alle cellule. Questo si basa sul fatto che le nostre cellule si trovano naturalmente nei tessuti che formano strutture 3D.

Sistemi solari passivi possono evitare la formazione di ghiaccio sugli aeroplani e su vari altri tipi di superfici.

Un accumulo di ghiaccio nelle ali degli aerei, nelle linee elettriche, nelle pale delle turbine eoliche può compromettere le prestazioni ma anche cagionare conseguenze ben più gravi. Prevenire questo accumulo richiede di solito sistemi di riscaldamento ad alta intensità energetica o spray chimici dannosi per l'ambiente. Ora, i ricercatori del MIT hanno sviluppato un metodo completamente passivo, basato sull'energia solare, per combattere l'accumulo di ghiaccio.

Il sistema, straordinariamente semplice, è basato su un materiale a tre strati che può essere applicato o addirittura spruzzato sulle superfici da trattare. Raccoglie la radiazione solare, la converte in calore e diffonde quel calore intorno in modo che lo scioglimento non si limiti solo alle aree esposte direttamente alla luce solare. E, una volta applicato, non richiede ulteriori azioni o fonti di alimentazione. Può anche fungere da antigelo notturno, usando l'illuminazione artificiale.

Il nuovo sistema è descritto nella rivista Science Advances in un documento del dottor Kripa Varanasi,(1) professore e ingegnere meccanico del MIT di Boston e dei postdottorati Susmita Dash(2) e Jolet de Ruiter.

Il dottor Kripa Varanasi spiega: "La formazione di ghiaccio è un grosso problema per gli aeromobili, per le turbine eoliche, le linee elettriche, le piattaforme petrolifere offshore e molti altri luoghi. I metodi convenzionali per aggirare il formarsi di ghiaccio sono gli spray antighiaccio o il riscaldamento, ma questi possono provocare dei problemi".

Da una collaborazione tra il Cnr e il gruppo Procter and Gamble (P&G) nasce una tecnica innovativa per studiare il comportamento di una vasta categoria di materiali, dai tessuti biologici a prodotti di largo consumo come detergenti e alimenti

Prodotti di uso quotidiano come shampoo e dentifrici, alimenti come yogurt e maionese e ancora tessuti biologici, come quelli epiteliali, sono esempi di ‘materiali soffici’, con proprietà intermedie tra lo stato liquido e quello solido.

Una tecnica innovativa, messa a punto tra Napoli e Cincinnati (Ohio, USA) da una collaborazione tra ricercatori dell’Istituto superconduttori, materiali innovativi e dispositivi (Spin) del Cnr di Napoli, il gruppo Procter&Gamble, l’Università Federico II di Napoli e la University of Cincinnati aiuta a comprendere come si muovono e si organizzano nel tempo le particelle che compongono questi materiali: si tratta della Differential Variance Analysis (DVA), una tecnica che consente di misurare e visualizzare l’evoluzione della microstruttura nel tempo.

Il nuovo metodo è descritto in un articolo pubblicato su ‘Scientific Reports’, rivista del gruppo ‘Nature’.(1) “La natura ‘ibrida’ e le peculiarità dei materiali soffici, percepibili anche al tatto, derivano dai moti collettivi delle particelle che li costituiscono. Questo processo, noto col nome di rilassamento strutturale, può ora essere visualizzato e misurato in maniera semplice e diretta”, spiega Raffaele Pastore (Spin-Cnr).