“Muscoli” in nanotubi di carbonio promettono rivoluzione nella nano- tecnologia

Questa è una immagine al microscopio elettronico di una fibra di nanutobi di carbonio di 3,8 micron di diametro, che funziona come un muscolo torsionale quando è immersa di un liquido ionicamente conduttore e viene poi applicata una tensione elettrochimica. Crediti: University of Texas at Dallas

I nanotubi di carbonio potrebbero presto trovare un nuovo utilizzo come muscoli artificiali in grado di torcersi  e ridurre la propria lunghezza. Le applicazioni nella nanotecnologia, dicono i ricercatori, sono inimmaginabili.

L’annuncio è stato dato lo scorso ​​13 ottobre in una pubblicazione sulla rivista Science da parte di un team di ricercatori dell’Università del Texas a Dallas, dell’Università di Wollongong in Australia, della Università della British Columbia in Canada, e della Hanyang University in Corea.

Questi muscoli, basati su fibre di nanotubi di carbonio, riescono a accelerare  un oggetto 2000 volte più pesante fino a 590 giri al minuto in 1,2 secondi, per poi invertire questa rotazione quando la tensione applicata viene cambiata. La rotazione si è dimostrata più di mille volte superiore a quella dei precedenti muscoli artificiali, che si basano su materiali ferroelettrici, leghe a memoria di forma, o polimeri conduttori organici. La potenza in uscita per unità di peso della nuova fibra muscolare è comparabile a quella dei grandi motori elettrici, anche se i normali motori non potrebbero mai essere applicati a scale millimetriche e sub-millimetriche come queste, in quanto le loro prestazioni degraderebbero fortemente.

Questi muscoli sfruttano i famosi nanotubi di carbonio, che consistono in cilindri di carbonio su scala nanometrica che sono 10.000 volte più sottili di un capello umano. Fattore importante per il successo di questa nuova tecnologia, questi nanotubi sono sistemati in fibre elicoidali, il che significa che si può imprimere un senso di rotazione prestabilito  già durante la realizzazione.

Quando le fibre si attivano, si verifica una torsione in una direzione fino a quando non si arriva alla torsione limite. La rotazione può essere poi invertita cambiando la tensione applicata. Le fibre destrorse e sinistrorse ruotano in direzioni opposte quando vengono caricate elettricamente, ma in entrambi i casi l’effetto della carica è di districare parzialmente il filo.

A differenza dei motori tradizionali, la cui complessità li rende difficili da miniaturizzare, i muscoli artificiali fatti in nanotubi di carbonio sono semplici da costruire e a buon mercato. I motori di nanotubi sono costituiti da un elettrodo ed un contro-elettrodo, immersi in un liquido ionicamente conduttore (come nelle batterie delle automobili). Una batteria a bassa tensione può servire come fonte di alimentazione, che consente di caricare e scaricare la fibra per fornire la rotazione torsionale in direzioni opposte.

La natura ha usato la rotazione torsionale nei muscoli per centinaia di milioni di anni, e sfrutta questa azione per attività come la torsione della proboscide degli elefanti e per far muovere i tentacoli dei polpi. In queste appendici naturali, le fibre muscolari si attorcigliano contraendosi e permettono il movimento.