Un solo materiale può sostituire interi sistemi di sensori, controllori e attuatori. I materiali programmabili sono dei veri mutaforma. Con la semplice pressione di un pulsante, cambiano le loro proprietà in modo controllato e reversibile e si adattano autonomamente alle nuove circostanze. I ricercatori del Fraunhofer Cluster of Excellence Programmable Materials CPM sviluppano tali materiali programmabili e, insieme a partner industriali, li portano alla maturità del mercato. Uno degli obiettivi è quello di ridurre l'uso delle risorse. [Formänderung auf Knopfdruck – chemie.de]
Materia più microstrutturazione
I materiali per applicazioni che richiedono un cambiamento specifico di rigidità o forma sono sviluppati dai ricercatori del Fraunhofer CPM, che è caratterizzato da sei istituti principali e mira a progettare e produrre materiali programmabili. Ma come si possono programmare i materiali? «Fondamentalmente abbiamo due parametri: il materiale di base – nel caso dei materassi, i termoplastici, per le altre applicazioni le leghe metalliche, comprese le leghe a memoria di forma – e in particolare la microstruttura», spiega il dott. Heiko Andrä, relatore tematico presso il Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM, uno degli istituti principali del Fraunhofer CPM. »La microstruttura dei cosiddetti metamateriali è costituita da singole cellule, che a loro volta sono costituiti da elementi strutturali come piccole barre e gusci sottili.« La dimensione delle singole celle e dei loro elementi strutturali varia in modo casuale nei materiali cellulari convenzionali come le schiume, ma è anche variabile nei materiali programmabili, con una variazione definita con precisione, cioè programmata.
I materiali possono anche reagire al calore o all'umidità
Il cambiamento di forma che dovrebbe avere il materiale e a quali stimoli debba reagire - stress meccanico, calore, umidità o persino un campo elettrico o magnetico - può essere determinato anche dalla scelta del materiale e dalla sua microstruttura. « I materiali programmabili consentono di adattare gli oggetti alla rispettiva applicazione e quindi di utilizzare le cose in modo più multifunzionale rispetto a prima. Quindi non devono essere sostituiti così spesso. Ciò è particolarmente interessante se si considera il risparmio nel consumo di risorse », afferma Franziska Wenz, vice relatrice tematica presso il Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, uno degli istituti principali del Fraunhofer CPM. Inoltre, è possibile creare valore aggiunto adattando gli oggetti alle esigenze individuali degli utenti.
La strada per l'applicazione
Un solo materiale può sostituire interi sistemi di sensori, controllori e attuatori. L'obiettivo del Fraunhofer CPM è quello di ridurre la complessità dei sistemi e l'uso delle risorse integrando le funzioni nel materiale. « Quando sviluppiamo i materiali programmabili, abbiamo sempre in mente il prodotto industriale, quindi teniamo conto, tra le altre cose, della produzione in serie e dell'usura del materiale », afferma Wenz. Sono inoltre già in corso i primi concreti progetti pilota con partner industriali. Il team di ricerca prevede che i materiali programmabili sostituiranno inizialmente i singoli componenti nei sistemi esistenti o saranno utilizzati in applicazioni speciali come materassi, sedili, suole di scarpe e abbigliamento sportivo.
