Nano Jets, tessuti elettrici che generano energia

Con la dicitura Energy Harvesting si intendono tutti quei processi in cui c'è un recupero di energia che viene catturata e salvata e questa proviene principalmente da fonti alternative, ovvero provenienti e disponibili nell'ambiente. L'energia quindi, attraverso tutta una serie di meccanismi di conversione, viene, quindi, ridotta all'energia elettrica. Anche se con un potenziale molto basso, questa energia non proviene da fonti inquinanti o combustibili non rinnovabili, di conseguenza si ha un ridotto impatto ambientale.

Le energie alternative che attengono alla pratica dell'Energy Harvesting possono essere, ad esempio, l'energia termica, cinetica, chimica, solare o simili. Ci sono numerose ricerche attualmente in corso in questo campo, molte delle quali attengono alla bioingegneria e alle strutture miniaturizzate.

Uno studio molto importante è stato condotto dalla dottoressa Luana Persano al NNL, il Laboratorio Nazionale di Nanotecnologie al Centro Nazionale di Ricerca di Lecce. La ricerca, condotto in collaborazione con l'Università di Salerno e le Università dell' Illinois e del Northwestern.

NanoJets_tessuti polimerici piezoelettrici che generano energia

(NanoJets_tessuti polimerici piezoelettrici che generano energia)

NanoJets_tessuti polimerici piezoelettrici che generano energia

Lo studio verte su una rivoluzionaria tecnologia che nasce principalmente dai tessuti cosiddetti piezoelettrici. Questo genere di tessuti sarebbero in grado, dopo determinate modifiche nella loro struttura, di immagazzinare il segnale di una deformazione meccanica avvenuta a seguito di una stimolazione meccanica e utilizzarla come energia elettrica polarizzata, a seguito di una conversione. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature Communications il nome del progetto è Nano Jets.

Per comprendere bene la materia, ci sarebbero molte premesse da fare ma la principale riguarda il significato della piezoelettricità. Questa è la proprietà di alcuni cristalli di generare una differenza di potenziale quando sono soggetti ad una deformazione meccanica. Il funzionamento di questo genere di materiali è molto semplice. Quando una pressione o una decompressione esterna vengono applicate cariche di segno opposto si posizionano sulle facce opposte. Al cristallo viene, quindi, applicata una differenza di potenziale e si comporta come un deformatore. La corrente elettrica si genera se alle due facce si collega un circuito esterno. Un esempio di cristallo piezoelettrico è l'ossido di titanio.

NanoJets_tessuti polimerici piezoelettrici che generano energia

(NanoJets_tessuti polimerici piezoelettrici che generano energia)

Lo studio effettuato dal centro di ricerca e condotto dalla dottoressa Persano verte su una tipologia molto particolare di materiali piezoelettrici in via assolutamente sperimentale, ovvero i polimeri. In particolare è stata scoperta questa capacità di generare energia in una particolare classe, i polivinildenforuri. Questi polimeri sono stati lavorati attraverso uno speciale metodo di filatura, dove densi fasci di fibre polimeriche vengono allineati e disposti in modo denso in una piccola superficie di spazio. Queste fibre vengono, inoltre, orientate nella stessa direzione in modo tale che possano formare delle catene. La disposizione delle fibre è stata studiata affinché si possano potenziare al massimo le capacità piezoelettriche del materiale di partenza.

Il filato è, quindi, in grado di generare una corrente elettrica anche in seguito ad una stimolazione minima. Questa caratteristica, infatti, differenzia le fibre polimeriche dalle sperimentazioni precedenti, composte non da nanofili ma da film sottili di polimero che, per generare energia, necessitano di una stimolazione maggiore, che va all'ordine di una pressione del dito in su. Nei nuovi materiali, invece, la conversione energetica avviene anche semplicemente se un piccolo insetto di posa sulla superficie, l'equivalente di una rilevazione di pressioni 10 mila volte inferiore.

NanoJets_tessuti polimerici piezoelettrici che generano energia

(NanoJets_tessuti polimerici piezoelettrici che generano energia)

La particolarità di questi tessuti è che possono essere prodotti a basso costo e quindi adattati ad una larghissima scala di applicazione. Prima fra tutte è il loro utilizzo a supporto delle MEMS, ovvero i Micro Electro-Mechanical Systems, meglio conosciuti come nanotecnologie. Altri utilizzi dei tessuti piezoelettrici possono riguardare applicazioni biomediche o sensoristiche.

Si possono fare esempi come accelerometri multidimensionali per riprodurre il funzionamento del sistema vestibolare nei robot e quindi renderli capaci di equilibrio, contatti flessibili per elettromiografie, ovvero metodiche neuroscientifiche utilizzate per lo studio del sistema nervoso, reti di sensori miniaturizzati per il monitoraggio di parametri biomeccanici come il battito cardiaco o la pressione arteriosa.

Un'applicazione particolarmente interessante e innovativa che potrebbe letteralmente cambiare la gestione e la progettazione delle protesi per quanto riguarda alcune tipologie di disfunzioni o disabilità riguarda, invece, l'uso dei tessuti piezoelettrici ai sistemi tattili artificiali, che potrebbero avere la caratteristica di essere meccanicamente flessibili ed essere applicati a strati elastici che consentirebbero una manipolazione più efficiente di alcune strutture del corpo umano particolarmente complesse, come le mani o le articolazioni degli arti.

Dalle stesse parole della dottoressa Persano si capisce la portata colossale di questo progetto "L'eccezionale sensibilità del dispositivo permetterebbe lo sviluppo di sensori tattili di precisione, che possono rappresentare il primo passo verso la realizzazione di una pelle artificiale elettronica capace di mimare le caratteristiche fisiche e multifunzionali della pelle umana".

AutoreDott.ssa Chiarina Tagliaferri

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