I ricercatori canadesi hanno trovato la struttura perfetta per un materiale leggero come il polistirolo ma resistente come l’acciaio.
Questo nuovo materiale resistente come l’acciaio e leggero come il polistirolo potrebbe avere finalmente le caratteristiche che i ricercatori stanno inseguendo da anni. Unire queste caratteristiche all’apparenza contrastanti potrebbe infatti essere la risposta alle esigenze dell’ingegneria aerospaziale. Il nuovo materiale viene infatti visto come futuro sostituto dei componenti in titanio. Grazie ai nuovi componenti ultraleggeri si avrebbe un sostanziale risparmio di carburante, riducendo anche le emissioni inquinanti, senza compromettere la sicurezza e la stabilità.
Queste sono le conclusioni del recente studio concluso dall’università di Toronto. Nel dettaglio, si pensa a un risparmio di 80 litri di carburante per ogni chilo di materiale sostituito secondo l’autore Peter Serles, anche se è ancora presto per realizzare questo obiettivo. Prima di tutto, i ricercatori intendono lavorare al design per diminuire i costi e facilitarne la diffusione su larga scala, continuando nel frattempo gli studi per evidenziare tutte le alternative possibili.
Il materiale leggero come il polistirolo e resistente come l’acciaio
Non è certo la prima volta che gli esperti si concentrano su questo proposito, vista la larga richiesta proveniente, oltre che dal campo aerospaziale, dal settore automobilistico e dalla produzione tecnologica (soprattutto per gli smartphone). Gli studiosi dell’università del Massachussets hanno avviato un progetto simile qualche anno fa, alla ricerca di un nanomateriale resistente e al contempo leggero da impiegare, fra l’altro, anche nel campo edile.
La sfida principale risiede proprio nella progettazione, in quanto devono essere evitate superfici irregolari al fine di evitare picchi di tensione che il materiale potrebbe non sopportare. È necessario dunque mantenere una struttura regolare, priva di angoli vivi e spigoli, garantendo la distribuzione della tensione su tutto l’elemento. Il problema pare caratterizzare tutti i nanomateriali, formati da reticoli complessi che danno luogo a strutture triangolari che offrono ottime basi per opere solide e ben stabili.
I ricercatori di Toronto sembrano aver trovato la struttura migliore per sfruttare al meglio le caratteristiche dei nanomateriali, ottimizzando tanto la leggerezza quanto la straordinaria resistenza. La competenza e l’impegno del team di ricerca non sono tuttavia l’unico elemento meritevole dello studio, che deve i suoi risultati anche all’implementazione di un algoritmo del Korean Advances Institute of Science & Technology (Kaist), grazie al programma International Doctoral Clusters dell’università canadese. Così, avvalendosi anche di stampanti 3d per la massima sperimentazione, i ricercatori credono di aver trovato la formula migliore per il nuovo materiale.
Il nanoreticolo di carbonio realizzato secondo le indicazioni studiate si è infatti dimostrato capace di resistere a una tensione di 2,03 megapascal per metro cubo per chilogrammo, superiore di ben 5 volte rispetto alla resistenza alla compressione del titanio e del tutto paragonabile a quella dell’acciaio. L’intuizione dei ricercatori nella rivisitazione delle geometrie tradizionali e nell’applicazione del machine-learning si è quindi dimostrata vincente, non senza il contributo dell’algoritmo coreano che ha permesso loro di lavorare anche con pochi dati a disposizione (molti meno di quelli normalmente richiesti da questi algoritmi) per comparazioni accurate e minuziose. Partendo dai modelli impiegati, sono state così evidenziate di volta in volta le problematiche di ogni struttura, arrivando a una progettazione piuttosto convincente. Il traguardo, però, viene spostato di volta in volta.
Ora i ricercatori canadesi, tanto quanto i partner della Corea del Sud, hanno obiettivi ancora più ambiziosi. Si cercano materiali sempre più leggeri e resistenti attraverso design più innovativi, cominciando proprio dai risultati di questo studio. Nel frattempo, si pensa già a lavorare sulla scalabilità e la replicabilità, per un futuro in cui la struttura di carbonio possa trovare ampia applicazione pratica. Come anticipato, il progetto contiene infatti caratteristiche molto richieste, dal settore delle telecomunicazioni passando per vari mezzi di trasporto, compreso quello aereo civile e militare, senza escludere nemmeno quello spaziale. Il lavoro del team resta fondamentale anche per le implicazioni positive a livello di inquinamento, perché proprio relativamente alla componentistica aerea porterebbe a una riduzione di peso significativa per la limitazione del carburante.
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