Innovazione: un nuovo materiale fotosensibile permette di passare direttamente dall’energia solare a quella meccanica

In uno sviluppo rivoluzionario, i ricercatori dell’Hayward Research Group presso l’Università di Boulder, Colorado,  hanno svelato un nuovo materiale fotomeccanico che ha il potenziale per rivoluzionare vari settori convertendo l’energia luminosa in energia meccanica. Un sistema che permette di sollevare o piegare oggetti quando il materiale viene esposto alla lue solare, senza l’utilizzo di altre tecnologie. La scoperta è stata pubblicata su Nature Materials.

I ricercatori hanno utilizzato cristalli sensibili alla lucce, fotomeccanici, in grado di deformarsi se colpiti dalla luce. Invece che tentare di sviluppare cristralli di grandi dimensioni che si frantumano ed appaiono estremamente fragili, hanno utilizzato migliaia di piccoli crstalli e li hanno “Impacchettati” in modo ordinato in un materiale plastico (polietilene tereftalato). In questo modo hanno ottenuto un materiale plastico che si deforma ordinatamente alla luce, quindi un vero e proprio “Motore”, o attuatore, a energia solare diretta, senza passaggio traamite energia elettrica.

Questo materiale innovativo, descritto in uno studio pubblicato su Nature Materials, apre le porte a sistemi ad alta efficienza energetica e controllati in modalità wireless, con possibili interessanti evoluzioni nella robotica, aerospaziale e dispositivi biomedici.

Un passo oltre la meccanica tradizionale

I metodi tradizionali di conversione dell’energia solare spesso comportano più fasi, portando a forti inefficienze. Bisogna passare dall’energia solare a quella elettrica, trasportarla, utilzzare batterie, e tutto questo comporta complessità e una notevole dispersione energetica.

Il nuovo materiale fotomeccanico sviluppato dagli scienziati della CU Boulder elimina la necessità di ingombranti batterie o complessi sistemi elettrici.

“Eliminiamo l’intermediazione, per così dire, e prendiamo l’energia della luce e la trasformiamo direttamente in deformazione meccanica”, ha spiegato il professor Ryan Hayward, James e Catherine Patten Endowed Professor of Chemical and Biological Engineering presso l’Università del Colorado Boulder.

A differenza dei precedenti tentativi con delicati solidi cristallini che si incrinavano se esposti alla luce, l’approccio del team prevede l’utilizzo di minuscoli cristalli organici all’interno di un materiale polimerico resiliente.

L’orientamento unico dei cristalli consente loro di eseguire attività meccaniche come piegare o sollevare oggetti quando sono illuminati. Questa caratteristica li rende non solo versatili ma anche incredibilmente efficienti. La capacità del materiale di sollevare oggetti molto più pesanti di se stesso suggerisce il potenziale per applicazioni nel mondo reale.

Prospettive e sfide future

Sfruttando la potenza della luce per generare lavoro meccanico, il materiale potrebbe aprire la strada a sistemi robotici autoalimentati e droni che non sono più gravati da pesanti batterie.

“La cosa interessante è che questi nuovi attuatori meccanici sono molto migliori di quelli che avevamo prima. Rispondono rapidamente, durano a lungo e possono sollevare oggetti pesanti“, ha osservato il team di ricerca.

Guardando avanti, i ricercatori hanno in programma di mettere a punto la reattività e l’efficienza del materiale. Sebbene lo stato attuale del materiale gli consenta solo di passare da uno stato piatto a uno stato curvo, il team mira a migliorare le sue capacità di movimento.

“Abbiamo ancora molta strada da fare, in particolare in termini di efficienza, prima che questi materiali possano davvero competere con gli attuatori esistenti. Ma questo studio è un passo importante nella giusta direzione e ci fornisce una tabella di marcia su come potremmo essere in grado di arrivarci nei prossimi anni“, ha riconosciuto Hayward, del viaggio avanti.

Il supporto alla ricerca ricevuto da oltre CU Boulder, comprese istituzioni come l’Università della California Riverside e la Stanford University. Il progetto è stato finanziato dall’Office of Naval Research, riflettendo l’interesse diffuso e le potenziali applicazioni di questa tecnologia rivoluzionaria.

Mentre il mondo attende con impazienza ulteriori progressi in questo campo, il materiale innovativo degli scienziati di CU Boulder offre uno sguardo in un futuro in cui l’energia luminosa diventa la forza motrice di sistemi meccanici efficienti e controllati in modalità wireless.

Con il potenziale per rimodellare le industrie e le tecnologie energetiche di domani, questa svolta potrebbe presto portarci a una nuova era di innovazione ad alta efficienza energetica.