GEL-ROBOT

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Mag 172018
 

Da uno studio condotto da ricercatori dell’università di Leiden, nei Paesi Bassi, potrebbe essere realizzato un sistema di propulsione e movimento per robot di nuova concezione. In pratica, gli scienziati con a capo Scott Waitukaitis, hanno osservato uno strano fenomeno mostrato da alcune sfere di un gel, un poliacrilamide, nel momento in cui colpivano una superficie riscaldata.

Il poliacrilamide, è un gel molto utilizzato in cosmetica e l’esperimento condotto su di esso, ha messo in evidenza come questo, impregnato d’acqua, nel momento in cui cadeva su di una superficie incandescente, iniziava a rimbalzare in maniera sempre più veloce. La stranezza stava nell’altezza dei salti. Infatti, le palline che venivano rilasciate da molto vicino alla superficie incandescente, iniziavano ad aumentare l’altezza di rimbalzo fino ad un certo punto, mentre quelle rilasciate da più in alto perdevano progressivamente spinta fino ad attestarsi alla stessa altezza di rimbalzo.

Questo fenomeno ha incuriosito e non poco gli scienziati che hanno voluto capire con maggiore precisione quale fenomeno stesse alla base di questo comportamento.

L’esperimento condotto dal gruppo di ricercatori, ha utilizzato una padella riscaldata alla temperatura di 215°C sulla quale da differenti altezze sono state fatte cadere alcune di queste palline di gel impregnate d’acqua. Il risultato è stato quello che le palline hanno iniziato a rimbalzare freneticamente fino a quando tutte si sono stabilizzate ad una precisa altezza pari a circa 4 centimetri.

Fotografando il fenomeno con una camera ad alta velocità, si è potuto comprendere il mistero che stava dietro ai curiosi salti dell’idrogel. La macchina da presa ha infatti rivelato che ogni qual volta la pallina colpiva la superficie rovente, si aprivano sul punto di impatto dei microscopici fori fino a 3.000 volte al secondo. L’elasticità del materiale faceva si che si aprissero dai 10 ai 15 fori per rimbalzo, che poi si richiudevano per effetto della stessa elasticità. Da questi, fuoriusciva una microscopica quantità di vapore prodotto dall’istantanea evaporazione dell’acqua dalla superficie della sfera. Questa in pratica fungeva da propulsore spingendo la pallina verso l’alto perché la quantità di energia cinetica prodotta dal getto di vapore era pari a quella dissipata nell’impatto. Questo spiegherebbe la regolarità nell’altezza del rimbalzo. Quindi, variando la temperatura della superficie di impatto si potrebbe variare anche l’altezza del rimbalzo.

Il fenomeno è anche accompagnato da una notevole rumorosità; infatti, questi micro-getti di vapore, fanno vibrare in aria le palline che risuonano come un piccolo speaker.

Tra le possibili applicazioni di questo fenomeno, gli scienziati hanno individuato quella di un utilizzo in soft robot, cioè robot privi di parti rigide, capaci di muoversi liberamente grazie al passaggio di acqua o di una corrente.

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LA SABBIA CHE RAFFREDDA

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Ago 012016
 

Il fenomeno dell’elettricità è sempre legato a quello del calore. Sappiamo benissimo che l’energia non si crea e non si distrugge ma si può solo trasformare, ossia passare da una forma ad un’altra. Per questo motivo, in presenza di elettricità è anche presente calore. Questo diventa un grosso problema, sia progettuale che costruttivo per la realizzazione dei nostri dispositivi elettronici. A chi non è mai capitato che il proprio smartphone si blocchi inviandoci il messaggio per cui la temperatura operativa è troppo alta e che quindi deve raffreddarsi; oppure basti pensare alle ventole incluse nei nostri computer il cui compito è mantenere la temperatura del processore e dei componenti entro determinati limiti operativi.

Progettare questi sistemi di raffreddamento o di dissipazione di calore non è assolutamente semplice e bisogna utilizzare materiali in grado di poterlo fare.

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Dal Georgia Institute of Technology e al genio del ricercatore Baraonde Cola, dobbiamo la realizzazione di un nuovo materiale, derivato dalla silice della sabbia che opportunamente modificata offre incredibili effetti dielettrici (isolante).

Ovviamente non si tratta della semplice sabbia che tutti conosciamo ma di particelle di diossido di silicio ricoperte con un polimero di glicol etilenico che fa da isolante.

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Questo polimero possiede una grande proprietà conduttiva, migliore di molti altri materiali utilizzati in campo elettrico, ma ha anche capacità dielettriche.

La scelta di questi materiali è stata effettuata dal gruppo di ricerca perché rappresentava un giusto compromesso tra risultato e costo. Il team aveva già provato con altri materiali, come ad esempio ricoprire il diossido di silicio con dell’acqua, ma il risultato non era stato altrettanto soddisfacente. Ricoprendo, invece, con il glicol etilenico si è aumentata enormemente la capacità di trasferire calore.

Il principio alla base di questa soluzione è un vecchio studio condotto anche con la collaborazione dall’Air Force Research Laboratory e dall’Aviazione Statunitense relativamente al comportamento dei polaritoni fotonici di superficie. Un polaritone, come descrive Wikipedia è “una quasiparticella risultante dall’accoppiamento di un eccitone con un fotone che si comporta come un bosone“. Quando la dimensione del materiale è inferiore ai 100 nanometri, le proprietà superficiali del materiale dominano su quelle generiche così che i fotoni di calore possono scorrere da una particella all’altra su di un substrato se stimolate da onde elettromagnetiche. Questo accade con l’uso delle onde elettromagnetiche della luce.

Questo complesso sistema di funzionamento delle particelle superficiali in alcuni materiali ha suggerito al team di ricercatori la possibilità di utilizzare questa proprietà per dissipare calore. Il team di Cola è riuscito a dimostrare che l’effetto dissipante si verifica anche quando si aggiunge calore (come avviene normalmente in un componente elettronico) senza utilizzare le radiazioni elettromagnetiche della luce.

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In pratica, si crea un campo elettrico attorno alle nanoparticelle partendo dalla radiazione termica. Utilizzando il glicol etilenico per ricoprire le nanoparticelle di diossido di silicio, si è accresciuto di ben 20 volte il potere dissipante ossia la capacità di trasferire il calore del materiale.

Il glicol etilenico potrebbe essere utilizzato, ricoprendo le parti elettriche scaldanti, per dissipare il calore dei circuiti elettronici, con l’ulteriore vantaggio di fornire un perfetto isolamento termico.

Le ricerche, però, sono ancora in corso perché questa soluzione non è esente da problemi. Ad esempio riempendo di questa resina un componente elettronico si avrebbe il problema per le eventuali manutenzioni, inoltre, il glicol etilenico col tempo tende ad evaporare.

Quindi gli studi procedono con l’intento di riprodurre gli effetti vantaggiosi sin qui dimostrati, ma avendo come obiettivo la sostituzione del glicol etilenico con qualche altro materiale.

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I CEROTTI DIVENTANO SMART

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Feb 162016
 

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Oggi la parola SMART, è sicuramente una di quelle più utilizzate, forse in alcuni casi in maniera impropria, ma sta ad indicare un cambiamento, una trasformazione in atto di ogni aspetto della nostra vita quotidiana.

Sempre dalla rete si attingono una gran quantità di informazioni e la mia attenzione questa volta è stata catturata da una piccola ma grande innovazione. Pare, infatti, che i cerotti, si quelle piccole striscette adesive che mettiamo sulle ferite, stiano per subire una trasformazione epocale.

I cerotti che sono stati sviluppati dal MIT, sono composti da idrogel, un materiale elastico, appiccicoso e trasparente da applicare sulle ferite in grado di velocizzare la guarigione delle stesse.

Il MIT è riuscito a riprodurre, dopo diversi tentativi falliti, il materiale di cui sono costituiti gli animali, ossia l’idrogel un gel composto da reti polimeriche legate a molecole di acqua. Ci sono riusciti sfruttando le caratteristiche del poliacrilammide, una macromolecola che contiene unità ripetitive di diverso tipo.

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I vantaggi sono molteplici: innanzitutto è applicabile facilmente su ogni tipo di ferita in qualsiasi punto del corpo, grandissima resistenza sia ai liquidi che alle sollecitazioni meccaniche e cosa incredibile, data la loro natura, consentono di inserire all’interno medicinali per un suo rilascio graduale, sensori, chip e altri strumenti elettronico-medicali.

Questo gel, composto prevalentemente da acqua (90%), presenta, come detto, una resistenza meccanica straordinaria. Una volta applicato sulla ferita, la sua resistenza è paragonabile a quella che tiene unite le cartilagini umane con i tendini. In questo modo ogni tipo di ferita potrà essere ricoperta e protetta dal gel dimenticando la scomoda, ma purtroppo frequente, attitudine dei cerotti a staccarsi dalla ferita.

I sensori posizionati al suo interno garantiranno anche un rilascio graduale del farmaco di cui può essere imbibito il cerotto, in base alla temperatura corporea o a altri parametri registrati dal sensore stesso.

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BATTERIE al gel polimerico

 Energia
Set 152011
 

Prototipo di batteria al gel polimerico

Gli studiosi dell’università di LEEDS in Inghilterra stanno lavorando ad un nuovo progetto di batteria che risolva i problemi delle attuali. La tecnica utilizzata dai ricercatori consiste nel sostituire la soluzione elettrolita con un gel di polimeri.

Il surriscaldamento è sempre stato il principale problema anche per le batterie delle auto elettriche. Gli sviluppatori, fino ad oggi, hanno dovuto utilizzare rivestimenti di acciaio e alloggiamenti a scomparti per evitare che la batteria durante la ricarica potesse esplodere per surriscaldamento. Questo ha inciso notevolmente sul loro peso e dimensione, creando non pochi problemi per i costruttori di laptop e per la riduzione delle loro dimensioni e costi.

La sicurezza è di fondamentale importanza nelle batterie al litio. Ci ricordiamo che Dell fu costretta a ritirarne 4000 per paura che potessero esplodere nei loro computer durante il normale utilizzo. Quelle convenzionali utilizzano elettroliti basati su liquidi organici ed è per questo che possono surriscaldarsi e in alcuni casi prendere fuoco. La sostituzione degli elettroliti liquidi con un polimero elettrolita o gel ne migliora la sicurezza perché la gelatina sostituisce l’elettrolita liquido, volatile e pericoloso, attualmente in uso nella maggior parte delle batterie al litio. Le batterie di nuova concezione non scaldano e quindi non possono prendere fuoco durante la fase di ricarica. Il gel forma una pellicola sottile e flessibile che si trova tra gli elettrodi.

Molti sono interessati alle batterie a gel polimerico, produttori si cellulari, di laptop e di elettronica di consumo in generale perché non richiedono, tra l’altro, l’esaurimento completo della carica per poter essere ricaricate, rendendo questa operazione fattibile in ogni momento ed evitando il problema della cristallizzazione tipica delle batterie al nickel.

Inoltre, cosa che non guasta le nuove batterie costerebbero già da oggi il 10-20% in meno delle attuali.