La ricerca e la messa a punto di nuovi materiali, si scontra inesorabilmente con la poca conoscenza delle loro debolezze. L’individuazione precoce di queste ultime, è fondamentale per passare ad una applicazione non solo teorica ed alla conseguente implementazione pratica. 

In questa direzione, i ricercatori del Complex Materials Group dell’ETH di Zurigo, in collaborazione con l’Università di Friburgo, hanno sintetizzato un laminato estremamente leggero e robusto. Una caratteristica però lo differenzia dagli altri: la capacità di diventare fluorescente in caso di deformazione.

Scopo della ricerca, era infatti quello di trovare un indicatore di vulnerabilità, una nuova metodologia di rilevazione capace di suggerire eventuali criticità, anche strutturali, in un nuovo materiale composito. 

Nello specifico, il nuovo laminato è composto da un’alternanza di strati: alcuni, creati sull’esempio biologico del guscio di cozza, sono formati da innumerevoli lastre di vetro disposte in parallelo, compattate, sintetizzate e solidificate grazie ad una particolare resina polimerica, creando così una sorta di madreperla artificiale, estremamente dura e resistente agli urti. 

Altri, invece, sono costituiti da un polimero al quale i ricercatori hanno aggiunto una molecola indicatrice sintetizzata ad hoc; molecola che si attiva ed aumenta di fluorescenza nel momento in cui il polimero subisce uno stiramento. 

Secondo Tommaso Magrini, autore principale dello studio pubblicato sulla rivista “Applied materials and interfaces”, le molecole fluorescenti sono state scelte “per allontanarsi da una possibile interpretazione soggettiva”. I ricercatori potevano infatti predisporre un semplice viraggio di colore, ma il loro intento era trovare un indicatore non opinabile, in linea con qualsiasi altro segnale d’allarme. 

Questo laminato, ipoteticamente potrebbe trovare applicazione nella fabbricazione di aerei o veicoli, come negli elementi portanti degli edifici: rilevare qui una debolezza, potrebbe anche significare prevenire una catastrofe. 

My new research article: "Tough Bioinspired Composites That Self-Report Damage" is out in @ACS_AMI! 🐚🔭🔬@Complex_Mat

You can find it here: https://t.co/PVE2K0bC2n@NCCRbioinspired team effort! @studart_andre @WederChristoph @StephenSchrettl @DerekKiebala @FlorianBouville pic.twitter.com/01kyiZGWdA

— Tommaso Magrini (@magrini_tommaso) June 16, 2021

Per approfondire:

Magrini T., Kiebala D., Grimm D., Nelson A., Schrettl S., Bouville F., Weder C., Studart A.R. (2021) Tough Bioinspired Composites That Self-​Report Damage, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 23, 7481–27490. DOI: 10.1021/acsami.1c05964call_made

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Ferrarelle, una delle aziende leader italiane produttrici di acqua in bottiglia, è da sempre molto attenta alla spinosa questione del riciclaggio e smaltimento della plastica. 

In particolare, è l’unica azienda di acqua minerale italiana a possedere uno stabilimento per il riciclo di plastica, non solo proveniente dalle bottiglie Ferrarelle, ma anche da plastiche di altre tipologie ed origini. Grazie a questo stabilimento, realizzato ad hoc, l’azienda riesce a togliere dall’ambiente circa 20.000 tonnellate di plastica all’anno. 

Ferrarelle riesce così a produrre bottiglie composte al 50% da plastica riciclata (R-PET, ovvero PET riciclato) che utilizza per imbottigliare la propria acqua, ottenendo così una riduzione significativa dell’impatto ambientale rispetto all’utilizzo di plastica non riciclata.

In occasione della Giornata Mondiale per l’ambiente, l’azienda ha presentato grandi e nuovi passi avanti nella salvaguardia del pianeta: si chiama “INFINITA” ed è una bottiglia composta al 100% da PET riciclato.

INFINITA rappresenta allo stesso tempo sia un ulteriore traguardo di sostenibilità, sia nuovo punto di partenza per la nostra azienda che continuerà ad essere in prima linea nell’applicare i principi dell’Economia Circolare, investendo in innovazione di packaging e di processo, con focus nell’eco-design con l’obiettivo di aiutare i nostri consumatori a riciclare in maniera semplice le nostre bottiglie affinché abbiamo infinite nuove vite.

Michele Pontecorvo Ricciardi, Vicepresidente di Ferrarelle SpA

INFINITA deve dunque il suo nome alla possibilità di attivare modelli virtuosi di economia circolare nell’industria della acque in bottiglia: infinita riciclabilità della stessa bottiglia, in un’ottica di riciclo continuo. Una best practice da cui prendere decisamente spunto!

Il progetto si inserisce nell’ambito di bottle to bottle, iniziativa volta a sviluppare soluzioni di circolarità, realizzato anche grazie al supporto di INVITALIA e frutto di un investimento di 27 milioni di euro.

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Quelli di cui tratteremo oggi, differiscono principalmente per la tecnologia utilizzata per produrli. Grazie all’esperienza del Professor Salvador Pané, unita alla collaborazione tra ricercatori appartenenti a differenti ambiti disciplinari (ingegneri elettrici, ingegneri meccanici, chimici e scienziati dei materiali), è stata utilizzata una tecnica di stampa 3D ad altissima precisione, in grado di produrre oggetti complessi a livello micrometrico.

Si tratta di una tecnica nota come litografia 3D, che consiste nel produrre una sorta di stampo costituito da minuscole scanalature che fungono da “negativo” e possono essere riempite da materiali selezionati, mediante deposizione elettrochimica. Lo “stampo” viene poi dissolto con l’utilizzo di solventi.

L’obiettivo a cui i ricercatori lavorano da anni, è la realizzazione di robot così piccoli da potersi muovere all’interno dei vasi sanguigni o di poter andare da un punto all’altro del corpo umano per somministrare un farmaco.

La combinazione di metalli e polimeri del micro-robot svizzero, in stretta connessione tra loro, consente di poter beneficiare delle proprietà dell’uno e dell’altro materiale. I polimeri, ad esempio, godono del vantaggio di poter essere utilizzati per la costruzione di componenti morbide e flessibili, così come per la costruzione di sezioni in grado di dissolversi all’interno del corpo. Se si incorporasse poi un farmaco in questo tipo di polimero solubile si potrebbe andare a somministrarlo in un punto ben determinato del corpo umano.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Communications, intende ora aprire a due nuove direzioni di indagine. Da un lato un perfezionamento di quanto realizzato, sino a giungere a micro-robot in grado di piegarsi, aprirsi e chiudersi in autonomia. Non più soltanto quindi andare a fornire farmaci in punti ben localizzati, ma anche, ad esempio, muoversi e poi procedere al trattamento di aneurismi o eseguire operazioni chirurgiche. Dall’altro lato, sugli stessi principi su cui si basano questi micro-robot, si vuole andare a realizzare stent in grado di aprirsi e posizionarsi in punti specifici.

Fonte
Alcântara CCJ, Landers FC, Kim S, De Marco C, Ahmed D, Nelson BJ, Pané S: Mechanically Interlocked 3D Multi-Material Micromachines, Nature Communications, 24 novembre 2020, doi: 10.1038 / s41467-020-19725-6

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Obiettivo molto ambizioso, che ha guidato il team interdisciplinare di Luciano Boesel del Laboratory for Biomimetic Membranes and Textiles, è stato quello di riuscire ad incorporare LSC ovvero Concentratori Solari Luminescenti, nelle fibre tessili.

Gli LSC sono pannelli in materiale plastico (quindi rigido) in grado di catturare la luce del sole e concentrarla sui bordi, dove piccole celle fotovoltaiche la convertono in energia elettrica. Capaci di produrre energia anche con scarsa luminosità sono facilmente integrabili in architettura, ma come introdurli nei tessuti?

Condizione necessaria era trovare un modo per rendere materiali simili agli LSC più flessibili ma anche più traspiranti: l’Empa vi è riuscita andando a progettare un nuovo materiale basato su co-reti polimeriche anfifiliche ovvero polimeri già noti e disponibili sul mercato per la produzione delle lenti a contatto, in silicone idrogel. A questo sono andati ad aggiungersi due diversi materiali luminescenti in modo tale da trasformarlo in un concentratore solare flessibile.

“Il motivo per cui abbiamo scelto esattamente questo polimero è il fatto che siamo in grado di incorporare due materiali luminescenti immiscibili su nanoscala e lasciarli interagire tra loro. Ci sono, ovviamente, altri polimeri, in cui questi materiali potrebbero essere integrati, ma questo porterebbe all’aggregazione e dunque la produzione di energia non sarebbe quindi possibile” 

spiega Boesel. Insieme a lui hanno collaborato anche il laboratorio Thin Films and Photovoltaics e il laboratorio Advanced Fibres.

L’inserimento di questo nuovo materiale all’interno delle fibre tessili per il confezionamento di vestiti, giacche, magliette, ecc, sarà in grado di soddisfare il bisogno continuo di energia elettrica. Dispositivi mobili ricaricati, senza l’ausilio di batterie esterne e portatili o senza l’estenuante ricerca di prese elettriche a cui attaccarsi.

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Micro-robot, delle dimensioni di un centimetro, caratterizzati da velocità e agilità, in grado di piegarsi anche di 90° e più!

Lo studio, realizzato da Evgueni Filipov dell’Università del Michigan, cui hanno partecipato anche Kenn Oldham, docente di ingegneria meccanica all’Università di California, il PhD Student Yi Zhu e l’assistente di ricerca Mayur Birla, e sostenuto dalla Defense Advanced Research Projects Agency, trae ispirazione dall’arte dell’Origami.

Proprio come l’antica arte giapponese di ripiegare la carta, il micro-robot riesce a piegarsi, eseguendo pieghe più o meno ampie, anche per 80 volte in un solo secondo.

Esistono già dei micro-robot, basati su funzionalità simili: questi pre-esistenti però, necessitano di uno stimolo esterno per muoversi e piegarsi. Ed è proprio qui che l’Origami MicRobots innovano: utilizzano uno strato d’oro e uno di polimeri che fungono in qualche modo da “attuatori di bordo”. Senza nessuno stimolo esterno, né un controllo via cavo riesce ad attivare il movimento (e la piegatura) per mezzo del calore. La corrente passa attraverso lo stato d’oro, innalzando la temperatura, surriscaldando il sistema sino a che il Robot si piega e ripiega.

Questo consente ai MicRobot di funzionare in modo elastico e plastico, muovendosi agilmente e riuscendo poi a recuperare la loro forma originale.

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