Gel intelligente che cambia forma se illuminato

Ispirati dalla pelle cangiante di seppie, polpi e calamari, gli ingegneri Rutgers hanno creato un gel intelligente stampato in 3D che cambia forma se esposto alla luce, diventa “muscolo artificiale” e può portare a nuove mimetiche militari, robotica morbida e display flessibili.

I cefalopodi usano i cromatofori distribuiti sulla loro pelle morbida per cambiare il colore della pelle e il suo modello. Ogni cromatoforo è costituito da un sacco centrale contenente granuli di pigmento e muscoli radiali che circondano il sacco. La contrazione del muscolo radiale provoca l'espansione del sacco centrale, rendendo più visibile il colore del pigmento. Con i cromatofori che si attivano individualmente, i cefalopodi possono creare modelli di colore della pelle estremamente complessi, che utilizzano per funzioni squisite tra cui il camuffamento e la comunicazione. Ispirati da questo meccanismo, gli ingegneri hanno sviluppato un materiale elastico stampato in 3D che può rivelare i colori quando la luce cambia.

La loro invenzione, pubblicata sulla rivista ACS Applied Materials & Interfaces, (1) è modellata sulla straordinaria capacità dei cefalopodi come seppie, polpi e calamari di cambiare il colore e la consistenza della loro pelle morbida per mimetizzarsi e comunicare. Ciò è ottenuto dalle migliaia di cellule incorporate nella loro pelle, che cambiano colore, chiamate cromatofori.

La loro invenzione è modellata sulla straordinaria capacità di cefalopodi come seppie, polpi e calamari di cambiare il colore e la consistenza della loro pelle morbida per mimetizzarsi e comunicare. Ciò è ottenuto dalle migliaia di cellule che cambiano colore, chiamate cromatofori, nella loro pelle.

Il dottor Howon Lee, (2) autore senior e assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale presso la School of Engineering della Rutgers University-New Brunswick, dice: «I display elettronici sono ovunque e nonostante i notevoli progressi per renderli più sottili, più grandi e più luminosi, sono basati su materiali rigidi, limitando le forme che possono assumere e il modo in cui si interfacciano con le superfici 3D. La nostra ricerca supporta un nuovo approccio ingegneristico con mimetizzazione che può essere aggiunta a materiali morbidi e creare display flessibili e colorati».

Gli ingegneri Rutgers hanno sviluppato un idrogel stampabile in 3D, o gel intelligente, che rileva la luce e cambia forma di conseguenza. Gli idrogel, che mantengono la loro forma e rimangono solidi nonostante contengano acqua, si trovano nel corpo umano, Jell-O, pannolini e lenti a contatto, tra i molti esempi.

Gli ingegneri hanno incorporato un nanomateriale sensibile alla luce nell'idrogel, trasformandolo in un “muscolo artificiale” che si contrae in risposta ai cambiamenti della luce. Il gel intelligente sensibile alla luce, combinato con il materiale elastico stampato in 3D, cambia colore, producendo un effetto mimetico.

I passaggi successivi includono il miglioramento della sensibilità della tecnologia, dei tempi di risposta, della scalabilità, del packaging e della durata.

Gli autori principali sono Daehoon Han, che ha conseguito un dottorato alla Rutgers e ora è un collaboratore post-dottorato presso l'Università del Minnesota, e Yueping Wang, uno studente di dottorato della Rutgers.

Anche lo studente di dottorato della Rutgers Chen Yang ha contribuito allo studio. Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione del Consiglio di ricerca della Rutgers University e dalla National Science Foundation.

Riferimenti:

(1) Multimaterial Printing for Cephalopod-Inspired Light-Responsive Artificial Chromatophores

(2) Howon Lee

Descrizione foto: Questo polpo ha cellule che cambiano colore, chiamate cromatofori, nella sua pelle, un fenomeno che ha ispirato gli ingegneri Rutgers. - Credit: NOAA Okeanos Explorer Program, Galapagos Rift Expedition 2011.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: 3D-Printed Smart Gel Changes Shape When Exposed to Light