I polimeri a memoria di forma sono materiali promettenti in molte applicazioni emergenti grazie alla loro grande estensibilità e all’eccellente recupero della forma. Quando allungati o deformati, i polimeri a memoria di forma possono riprendere il loro stato normale applicando semplicemente calore o luce.
Questi materiali sono molto promettenti per la robotica morbida , i dispositivi biomedici intelligenti e le strutture spaziali dispiegabili, ma fino ad oggi non riuscivano ad immagazzinare abbastanza energia mentre venivano allungati. Ciò significa che non rilasciano molta energia durante lo stiramento, il che limitava il loro utilizzo in attività che comportano il sollevamento o lo spostamento di oggetti.
Ora, la ricercatrice Zhenan Bao della Stanford University in California e il suo team hanno sviluppato un polimero a memoria di forma per nuovi muscoli robotici. Grazie a questa soluzione, i robot possono muovere le braccia da soli quando i polimeri vengono riscaldati. I nuovi polimeri possono sollevare oggetti 5000 volte il loro peso e immagazzinare quasi sei volte più energia rispetto alle versioni precedenti.
Muscoli robotici più potenti, leggeri, economici
Attivato dal calore o dalla luce, il nuovo muscolo artificiale ha uno scheletro polimerico di polipropilene glicole. A questo, i ricercatori hanno aggiunto unità di 4-,4′-metilen bisfenilurea. Nello stato originale di questi polimeri, le catene del materiale sono aggrovigliate e disordinate. Il loro stiramento causa l’allineamento delle catene polimeriche e la formazione di legami idrogeno tra i gruppi dell’urea, creando strutture supermolecolari che lo rendono stabile e solido. Se si riscaldano poi i polimeri a 70°C, i legami idrogeno si rompono di nuovo. E cosa succede? Il “muscolo robotico” può tornare al suo stato iniziale, rilasciando energia dai legami nel processo.
Nei test, il polimero è stato allungato fino a cinque volte la sua lunghezza iniziale e ha immagazzinato 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.
Per dimostrare i potenziali usi di questi polimeri, il team ha realizzato un muscolo artificiale attaccando il polimero prestirato al braccio superiore e inferiore di un manichino di legno. Quando riscaldato, il materiale si contrae, costringendo il manichino a piegare il braccio all’altezza del gomito .
