Robotica, manipolazione dei materiali e persino realtà virtuale. Questi sono solo alcuni dei campi che potrebbero subire una vera e propria rivoluzione grazie a una straordinaria invenzione dell’Università del North Carolina State (USA): un metamateriale innovativo (o meglio una superficie magnetica) che, reagendo ai campi magnetici, riesce a spostare gli oggetti senza bisogno di contatto diretto.
Il metamateriale flessibile e rigido per ogni utilizzo
Nell’ambito dei metamateriali meccanici, da tempo gli scienziati vanno alla ricerca di un materiale che sia in grado di cambiare forma e di rimanere allo stesso tempo abbastanza rigido da sopportare i carichi.
Alla fine, una soluzione del genere è stata trovata dal team di ricerca dell’Università del North Carolina State, che ha sviluppato un metamateriale capace di combinare flessibilità e rigidità. Il segreto risiede nell’uso di elastomeri ferromagnetici arricchiti con tagli kirigami, una tecnica ispirata all’antica arte giapponese dell’origami, il tutto controllabile tramite magneti.
Questo ingegnoso mix consente al materiale di deformarsi, sollevarsi e persino muoversi per trasportare oggetti, aprendo la strada a un’ampia gamma di nuove applicazioni.
Kirigami e magnetismo: un’accoppiata vincente
Per raggiungere questo risultato, i ricercatori hanno dovuto perfezionare ulteriormente il materiale. La superficie sviluppata è composta da piccole cupole elastiche, ottenute gonfiando dischi di elastomero ferromagnetico. Queste cupole si alzano e si abbassano in risposta a un campo magnetico, creando un movimento simile a minuscole onde in grado di trasportare oggetti.
Tuttavia, nei primi prototipi, le cupole riuscivano a sollevarsi di appena un millimetro e non erano abbastanza robuste da sostenere pesi significativi. Il salto di qualità è arrivato con l’introduzione dei tagli kirigami, ovvero delle incisioni laser che hanno permesso alle cupole di raggiungere un’altezza di 4 millimetri quando esposte al campo magnetico, più del doppio rispetto alle versioni senza tagli.
Sorprendentemente, nonostante i tagli dovessero teoricamente indebolire il materiale, la presenza del campo magnetico ha prodotto l’effetto opposto, aumentandone la rigidità di 1,8 volte. Ma c’è di più: l’interazione con il campo magnetico ha aumentato significativamente la sua rigidità, consentendogli di sollevare oggetti 28 volte più pesanti del proprio peso.
Riferisce il sito di informazione Ars Technica, il team ha dimostrato le potenzialità della tecnologia costruendo una matrice 5×5 di cupole, in grado di spostare con precisione gocce d’acqua, patatine, foglie e persino una piccola tavola di legno.
Dalla scienza al futuro dell’interazione tattile
Le applicazioni di questa tecnologia sembrano uscite da un romanzo di fantascienza. Immaginate un laboratorio dove minuscole quantità di liquidi vengono mescolate e trasportate senza strumenti fisici. Oppure un controller per la realtà virtuale capace di riprodurre sensazioni tattili realistiche come il calore di una superficie, la ruvidità di un tessuto, o il peso di un oggetto.
Lo stesso Yinding Chi, ricercatore della NC State e autore principale dello studio (disponibile ora su Science Advances), ha sottolineato come il metamateriale “si adatta in meno di due millisecondi ai cambiamenti del campo magnetico“. Proprio questa caratteristica lo rende “perfetto per dispositivi haptici che simulano il tatto in tempo reale”.
Nonostante l’ottimismo, c’è ancora un ostacolo da superare: la miniaturizzazione. Attualmente, le cupole sono grandi come pixel su uno schermo a bassa definizione. Yin e il suo team stanno lavorando per ridurle a soli 10 micron di diametro, un’impresa che richiede tecnologie di produzione avanzate e nuove soluzioni per l’attuazione magnetica su scala ridotta.
