Scienza

Fogli che mutano in qualsiasi forma

Fogli che mutano in qualsiasi forma

La struttura matematica trasforma qualsiasi foglio di materiale in qualsiasi forma usando i tagli di kirigami.

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un quadro matematico in grado di trasformare qualsiasi foglio di materiale in qualsivoglia forma prescritta, ispirato al kirigami (dal giapponese, kiri, che significa tagliare e kami, che significa carta).

A differenza del suo più noto origami, che utilizza le pieghe per modellare la carta, il kirigami si basa su un modello di tagli in un foglio di carta piatto per cambiare la sua flessibilità e consentirgli di trasformarsi in forme 3D. Gli artisti hanno usato a lungo questa forma d'arte per creare di tutto, dalle carte pop-up a castelli e draghi. La ricerca è pubblicata su Nature Materials. (1)

“Abbiamo chiesto se è possibile scoprire i principi matematici alla base del kirigami e utilizzarli per creare algoritmi che ci consentirebbero di progettare il numero, la dimensione e l'orientamento dei tagli in un foglio piatto in modo che possa trasformarsi in qualsiasi forma”, ha affermato il dottor Lakshminarayanan Mahadevan, (2) professore di matematica applicata, fisica e biologia organica ed evoluzionistica di Valpine, autore senior del documento.

Gary P. T. Choi, (3) uno studente laureato presso la SEAS e primo autore del documento, spiega: “in particolare, se ci viene data una forma generale in due o tre dimensioni, come dovremmo progettare i modelli di taglio in una forma di riferimento in modo da poterla distribuire alla forma finale in un movimento? In questo lavoro, risolviamo quel problema identificando i vincoli che devono essere soddisfatti per ottenere questo modello di taglio, utilizzare un approccio di ottimizzazione numerica per determinare i modelli e quindi verificarlo sperimentalmente.”

Nylon come componente per dispositivi elettronici trasparenti

Nylon come componente per dispositivi elettronici trasparenti

Gli scienziati sviluppano una soluzione di nylon ferroelettrico processabile per lo sviluppo di circuiti elettronici trasparenti.

Mentre l'industria microelettronica si sta spostando verso gadget elettronici indossabili e tessuti elettronici (e-)textiles, i materiali elettronici compresi, come il ferroelettrico, dovrebbero essere integrati con i nostri vestiti. I nylon, una famiglia di polimeri sintetici, furono introdotti per la prima volta negli anni '20 per le calze da donna e sono oggi tra le fibre sintetiche più utilizzate nei tessuti. Sono costituiti da una lunga catena di unità molecolari ripetute, cioè polimeri, in cui ciascuna unità di ripetizione contiene una disposizione specifica di idrogeno, ossigeno e azoto con atomi di carbonio.

Oltre all'uso nei tessuti, è stato scoperto che alcuni nylon presentano anche le cosiddette “proprietà ferroelettriche”. Ciò significa che le cariche elettriche positive e negative possono essere separate e questo stato può essere mantenuto. I materiali ferroelettrici sono utilizzati in sensori, attuatori, memorie e dispositivi per la raccolta di energia. Il vantaggio nell'uso dei polimeri è che possono essere liquefatti utilizzando solventi adeguati e quindi elaborati da una soluzione a basso costo per formare film sottili flessibili adatti a dispositivi elettronici come condensatori, transistor e diodi. Ciò rende i polimeri ferroelettrici una scelta praticabile per l'integrazione con i tessili elettronici. Sebbene i polimeri di nylon abbiano trovato negli anni importanti applicazioni commerciali nei tessuti e nelle fibre, la loro applicazione nei dispositivi elettronici è stata ostacolata perché era impossibile creare pellicole sottili di alta qualità di nylon ferroelettrico mediante l'elaborazione della soluzione.

Gli scienziati dell'MPI-P, in collaborazione con ricercatori dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza e dell'Università di Tecnologia di Lodz, hanno risolto questo problema quarantennale e hanno sviluppato un metodo per fabbricare condensatori a film sottile di ferro ferroelettrico sciogliendo il nylon in un miscela di acido trifluoroacetico e acetone e solidificandola nuovamente sotto vuoto. Questo lavoro è stato pubblicato su Science Advances. (1)

Ibernazione umana secondo la scienza

Ibernazione umana secondo la scienza

A livello scientifico, ibernazione significa variazione della condizione biologica in cui le funzioni vitali sono ridotte al minimo.

Proposto al cinema da Woody Allen ne 'Il dormiglione' (1973), da Steve Maner in 'Amore per sempre' (1992) e da Cameron Crowe in 'Vanilla Sky' (2001), l'ibernazione è affrontata anche in diverse opere letterarie: è al centro del libro di James Halperin 'The first immortal' del 1998 e, più recentemente, del romanzo di Don DeLillo 'Zero K' (2016). Non è difficile capire perché il tema affascini: da sempre gli esseri umani coltivano il sogno di contrastare l'invecchiamento e conquistare l'immortalità.

Proprio come Ross Lockhart, il protagonista del libro di DeLillo, che decide di congelare la moglie colpita da un cancro incurabile, per risvegliarla in un futuro in cui la medicina sarà avanzata a tal punto da riuscire a curare tutte le patologie, anche il tumore. Già molte persone si sono fatte crioconservare dopo il decesso (attualmente l'ibernazione è permessa solo post-mortem) e a fornire il servizio sono società come le statunitensi Alcon e Cryonics e la russa KrioRuss.

Ma in cosa consiste l'ibernazione? “È una condizione biologica in cui le funzioni vitali sono ridotte al minimo, il battito cardiaco e la respirazione rallentano, il metabolismo si riduce e la temperatura corporea si abbassa”, spiega Roberto Volpe del Servizio prevenzione e protezione (Spp) del Cnr. “Può essere avvicinata al letargo degli animali nel quale, comunque, non si raggiungono mai temperature inferiori a pochi gradi sopra lo zero. A esso ricorrono diversi tipi di invertebrati, ma anche anfibi, rettili, mammiferi come l'orso bruno, il tasso, la marmotta, soprattutto in inverno, nelle regioni fredde o temperate”.

A livello scientifico, l'ibernazione è un'opportunità oggetto di studio: in particolare, la medicina spaziale cerca di applicarla sugli astronauti impegnati nelle lunghe missioni, come sta facendo l'azienda SpaceWorks di Atlanta finanziata dalla Nasa.

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