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Creato micro attuatore che si piega come un dito

Sviluppato dall'Univeristà della California un micro attuatore che si può piegare come un dito. Potrà essere applicato nella somministrazione dei medicinali e nella creazione di muscoli meccanici

Scritto da Redazione di Gaianews.it il 17.12.2012

I ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del US Department of Energy (DOE) e la University of California, Berkeley, hanno sviluppato un elegante e potente nuovo attuatore in microscala che si può flettere come un dito. Sulla base di un ossido che si espande e si contrae in risposta ad una piccola variazione di temperatura, gli attuatori hanno  dimensioni inferiori a quelle di un capello umano e possono essere promettenti per la  somministrazione di farmaci per la creazione di muscoli artificiali.

Un unico attuatore si piega e si estende con una variazione di temperatura di 15 gradi, come mostrato in questa microfotografia. A destra, una palma, come configurazione di un gruppo di attuatori, si apre e si chiude come una piccola mano. La linea di misura indica 50 micron. Credit: Lawrence Berkeley National Lab

Un unico attuatore si piega e si estende con una variazione di temperatura di 15 gradi, come mostrato in questa microfotografia. A destra, una palma, come configurazione di un gruppo di attuatori, si apre e si chiude come una piccola mano. La linea di misura indica 50 micron. Credit: Lawrence Berkeley National Lab

“Crediamo che il nostro micro attuatore sia più efficiente e potente di qualsiasi tecnologia attuale in microscala, comprese le cellule muscolari umane”, ha spiegato lo scienziato  Junqiao Wu del Berkeley Lab e della UC . “In più, utilizza questo materiale molto interessante , il diossido di vanadio, e ci dice qalcosa in più sulle transizioni di fase dei materiali.”

La ricerca, pubblicata su Nano Letters, riporta dei risultati a cui Wu e i suoi colleghi sono arrivati per caso mentre studiavano un problema diverso.

Il diossido di vanadio è un esempio di materiale fortemente correlato, ovvero il comportamento di ogni elettrone è indissolubilmente legato a quello degli elettroni vicini. i comportamenti dei suoi elettroni hanno fatto del diossido di vanadio un oggetto di indagine scientifica per decenni, in gran parte incentrata su una coppia insolita di transizioni di fase.

Quando riscaldato oltre i 67 gradi Celsius, il diossido di vanadio si trasforma da isolante a metallo, accompagnato da una transizione di fase strutturale che riduce il materiale in una dimensione durante l’espansione nelle altre due. Per decenni, i ricercatori hanno discusso se una di queste transizioni di fase azionasse l’altra o se fossero fenomeni separati che si verificano casualmente alla stessa temperatura.

Wu, in un esperimento precedente, era riuscito a capire che le due transizioni sono separabili e possono essere condotte autonomamente

Ma “durante la transizione, un filo di 100-micron si riduce fino a  circa 1 micron, il che può facilmente determinare la rottura del contatto”ha spiegato Wu. “Allora ci siamo posti la domanda: questo d per sè sarebbe negativo, ma possiamo farne una buona cosa?”.

Per sfruttare la contrazione del materiale, i ricercatori hanno fabbricato una striscia di biossido di vanadio con una striscia di cromo sopra. Quando il nastro viene riscaldato tramite una piccola corrente elettrica o un lampo di luce laser, la striscia si contrae come un dito.

“Lo spostamento del nostro microattuatore è enorme”, afferma Wu, “decine di micron, per una lunghezza dell’attuatore dello stesso ordine di grandezza, molto più grande di quanto si possa ottenere con un dispositivo piezoelettrico, e allo stesso tempo con una forza molto grande. Sono molto ottimista che questa tecnologia diventi competitiva alla tecnologia piezoelettrica, e può anche sostituirlo. “

“Il nostro dispositivo è molto semplice, il materiale non è tossico, e lo spostamento è molto  grande,” ha spiegato Wu. “Si può vedere il movimento con un microscopio ottico. E funziona altrettanto bene nell’ acqua, cosa che lo rende adatto per le applicazioni biologiche e nei microfluidi.”

Secondo i ricercatori la scoperta potrebbe avere applicazioni nel campo della somministrazione dei medicinali con delle micro pompe o nella costruzione di muscoli meccanici. 

Il prossimo obiettivo del team è quello di creare un attuatore di torsione, cosa molto più impegnativa. Ma secondo Wu ci sono buone possibilità di riuscita.

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