Un nuovo materiale metallico attivo potrebbe cambiare il modo in cui vengono progettate le ali degli aerei. Un team di ricerca della Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA) ha sviluppato un metamateriale in grado di deformarsi in volo in modo fluido e controllato, combinando leggerezza, resistenza meccanica e capacità di recuperare autonomamente la forma originale. Una combinazione che, finora, era rimasta difficile da ottenere nell’ingegneria aeronautica.
Un metamateriale metallico attivo stampato in 3D
Il lavoro, pubblicato sull’International Journal of Extreme Manufacturing, si basa sull’uso di una lega a memoria di forma nichel-titanio, realizzata tramite laser powder bed fusion (LPBF), una tecnica avanzata di stampa 3D metallica ad alta precisione. Questo processo ha permesso di creare micro-strutture ondulate larghe appena 0,3 millimetri, molto più piccole e controllabili rispetto a quelle ottenibili con i metodi tradizionali per i metamateriali metallici.
Il risultato è una struttura che riesce a piegarsi, deformarsi e poi recuperare la propria forma senza attuatori esterni, sfruttando direttamente le proprietà della lega a memoria di forma. Un salto di qualità rispetto alle soluzioni oggi più diffuse: da un lato strutture passive, incapaci di adattarsi in tempo reale; dall’altro materiali polimerici, più duttili ma insufficientemente resistenti per applicazioni aerospaziali. In molti casi, la risposta è stata l’aggiunta di attuatori meccanici pesanti, che però aumentano peso e complessità delle ali, riducendone l’efficienza.
Come riporta Eurekalert, i ricercatori della NUAA hanno scelto un approccio diverso, puntando su una struttura metallica attiva capace di sopportare le forze aerodinamiche e, allo stesso tempo, di modificare la propria geometria quando necessario.
Dalla natura alle ali che cambiano forma
L’ispirazione arriva dalla natura, in particolare dal rivestimento dei semi di Portulaca oleracea. Le cellule epidermiche di questa pianta presentano interfacce ondulate e micro-elementi incorporati che aiutano a distribuire le sollecitazioni meccaniche. Trasferendo questo principio a una rete metallica a nido d’ape, il team ha ottenuto una struttura allo stesso tempo flessibile e robusta.
La famiglia di strutture sviluppate può essere regolata modificando il numero di pareti che si incontrano in ciascun nodo. Questo consente di variare il comportamento meccanico su un ampio intervallo, con un coefficiente di Poisson che può assumere valori sia negativi sia positivi. Tra tutte le configurazioni testate, il nido d’ape esagonale ha mostrato le prestazioni più interessanti: è riuscito ad allungarsi fino al 38% prima della frattura e a recuperare oltre il 96% della forma programmata dopo il riscaldamento, un risultato raro per metamateriali metallici con resistenza comparabile.
Per dimostrare l’applicazione pratica, i ricercatori hanno realizzato prototipi di sezioni alari capaci di deformarsi in modo continuo tra −25° e +25°, anche a basse temperature simili a quelle operative in volo. Grazie alla lega a memoria di forma, le ali non richiedono sistemi di attuazione esterni ingombranti, segnando una netta discontinuità rispetto ai progetti precedenti basati su polimeri o strutture passive.
Il team guarda ora a una nuova fase di sviluppo: integrare sensori ed elettronica per consentire al materiale di monitorare la propria forma e adattarsi automaticamente. L’obiettivo a lungo termine è arrivare a superfici aeronautiche intelligenti, capaci di rispondere in tempo reale alle condizioni di volo.
