Negli ultimi anni, la ricerca sui materiali intelligenti ha fatto passi da gigante, ma un team di scienziati olandesi ha appena compiuto un salto significativo: hanno creato un metamateriale morbido e flessibile capace di eseguire calcoli complessi come un computer. Questo sviluppo apre la strada a robot più intelligenti, sensori miniaturizzati e dispositivi in grado di elaborare informazioni direttamente all’interno dei materiali stessi.
Un metamateriale elastico che calcola da solo: l’innovazione dall’AMOLF
Gli scienziati del FOM Institute for Atomic and Molecular Physics (AMOLF) nei Paesi Bassi hanno realizzato un metamateriale meccanico basato sui cosiddetti “floppy modes”, cioè movimenti che richiedono quasi nessuna energia per avvenire. A differenza dell’elettronica tradizionale, rigida e separata dal mondo fisico, questo materiale permette di eseguire calcoli direttamente attraverso deformazioni controllate.
Stando a quanto riportato da Interesting Engineering, il metamateriale consiste in un foglio di gomma inciso con un pattern ripetitivo di tessere. Ogni tessera della griglia trasforma due input in due output, e l’angolo delle travi stabilisce i pesi della matrice, positivi o negativi. Grazie ai floppy modes, i movimenti del materiale sono prevedibili e a basso consumo energetico. Le simulazioni, effettuate con metodi di elementi finiti e differenziazione automatica, assicurano che anche le deformazioni più complesse possano essere controllate con precisione.
Intelligenza elastica e applicazioni future
Le sperimentazioni hanno coinvolto un prototipo realizzato in gomma da 6 mm, con motori passo-passo che applicavano piccoli spostamenti ai bordi e telecamere per tracciare i movimenti. Le tessere hanno seguito la mappatura lineare prevista con un margine di errore del 20 % per input ridotti; input più grandi hanno portato a saturazione, generando una risposta simile a una funzione sigmoide.
Una caratteristica innovativa è la possibilità di modificare i pesi della matrice dopo la fabbricazione, utilizzando travi bistabili a rigidità variabile, che consentono di cambiare valori da positivi a negativi o a zero. Tuttavia, le prestazioni del metamateriale sono influenzate dal rapporto lunghezza/larghezza delle travi: angoli più grandi aumentano i pesi della matrice ma irrigidiscono il percorso di input, riducendo il movimento agli output. Secondo i ricercatori, le attuali capacità di microfabbricazione consentono di costruire matrici fino a 64 × 64, adeguate per attività come l’elaborazione delle caratteristiche del parlato.
Questo lavoro dimostra che un materiale deformabile può eseguire moltiplicazioni matrice-vettore direttamente attraverso il movimento, senza conversione elettrica. Come dichiarato dagli autori nello studio pubblicato su Advanced Intelligent Systems, i floppy modes possono diventare un elemento chiave per lo sviluppo di sistemi MEMS intelligenti, robotica morbida e computing integrato nei sensori, riducendo consumi energetici e semplificando i dispositivi.
