I materiali, stampati in 3D, che si ricordano la loro forma originaria

Crediti: photo courtesy of QI Kevin Ge

Questo grazioso fiore arancione, intento ad appendersi a una vite, è il risultato del lavoro degli ingegneri del MIT e della Singapore University of Technology and Design. Grazie a un meccanismo molto semplice, che sfrutta la luce, è in grado di ricordarsi la sua forma originale anche dopo essere stato modificato e manipolato a lungo. Potreste tirarlo, piegarlo, muoverlo in ogni direzione: alla fine, se scaldato al suo sweet spot (un ben preciso range di temperature), tornerà esattamente come era all’inizio.

Si tratta degli SMP, shape-memory polymers, i polimeri a memoria di forma. Materiali “intelligenti” che hanno la capacità di tornare alla loro forma permanente dopo essere stati deformati. L’interruttore può essere di diverso tipo, non solo l’aumento di temperatura ma anche luce o elettricità. Se su strutture più grandi questa capacità non è del tutto nuova, il traguardo di Nicholas Fang e dei colleghi è stato riuscire a conferire una memoria della forma a elementi minuscoli quanto un capello, dieci volte più piccoli rispetto a qualsiasi altro “competitor”. I risultati sono stati pubblicati su Scientific Reports.

Ma a cosa servono?

Fang è lungimirante e vede già i suoi mini polimeri dalla super memoria impiegati nell’industria dei pannelli solari (sotto forma di attuatori che vanno “a caccia” della luce del Sole) ma anche come possibili veicoli per i farmaci del futuro, che reagendo alla temperatura del corpo umano rilasciano i principi attivi dove e quando servono. “Potremmo essere in grado di elaborare un device per il rilascio dei farmaci che agisce solo quando ci sono segni di febbre”, dice Fang, che insieme ai colleghi ha già un occhio puntato sulla stampa 4-D: le sue creature, in fondo, sono progettate per modificarsi anche in funzione della quarta dimensione. Il tempo.

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La stampa in 3D si è rivelata uno strumento prezioso per chi lavora con gli smart materials, grazie all’enorme libertà che consente in fase di progettazione. In passato si era già riusciti a stampare polimeri con dettagli impressionanti, ma gli scienziati non erano ancora riusciti a scendere al di sotto di pochi millimetri. Un limite, secondo Fang, che influisce anche con la rapidità con cui il polimero riuscirà poi a tornare alla sua forma originaria. “Se riesci a farli molto più piccoli, questi materiali possono rispondere davvero rapidamente, nel giro di pochi secondi.”.

Maker come dentisti

Per arrivare al livello di dettaglio desiderato, Fang e colleghi hanno sperimentato e collaudato un loro speciale processo di stampa in 3D: la microstereolitografia. Hanno usato la luce emessa da un proiettore per stampare dei pattern su una serie di strati di resina. Partendo da un modello creato in CAD, l’hanno poi diviso in centinaia di fette che hanno inviato una per una attraverso il proiettore come bitmap (un formato particolare in cui ogni strato viene rappresentato da un’insieme di pixel molto dettagliati). A quel punto il proiettore manda la luce all’interno del pattern, al di sopra della resina o della soluzione polimerica, e ve lo incide prima che si solidifichi. In poche parole? Stampa con la luce, uno strato dopo l’altro.

O come lo spiega Fang, si tratta grossomodo di fare quello che fa un dentista quando crea la replica di un dente e cura le carie.

Per la stampa gli ingegneri hanno scelto due diversi polimeri, uno a catena lunga (“spaghetti-like”) e uno a catena corta, che mescolati insieme hanno dato i risultati desiderati. Dopo la manipolazione, ritornano alla loro forma d’origine se sottoposti a una temperatura tra i 40 e i 180°C. Non solo fiori arancioni ma strutture di varie forme -compresa la piccola torre Eiffel del video qui sopra- che è possibile allungare fino a tre volte la loro dimensione di partenza.