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Pareti da arrampicata con nanotubi di carbonio
I ricercatori hanno sviluppato un nastro a base di nanotubi di carbonio che potrebbe rivelarsi utile per creare robot che si arrampicano sui muri e guanti adesivi speciali per gli astronauti. A differenza del normale nastro adesivo, che alla fine perde la sua viscosità, questo nuovo materiale aderisce come una colla permanente, ma può essere rimosso e riutilizzato. Può anche aderire a una più ampia varietà di materiali, inclusi vetro e teflon.
I ricercatori hanno imitato i peli dei piedi dei gechi (immagine in basso) coltivando nanotubi di carbonio in fasci.
Soprannominato gecko tape dai ricercatori, il materiale funziona imitando le strutture in nano e microscala sui piedi dei gechi che consentono loro di scalare rapidamente le pareti e correre sui soffitti. Il nastro è riutilizzabile e non si secca né scivola dal muro perché, a differenza del normale nastro, non utilizza colle viscoelastiche. Invece, impiega nanotubi di carbonio per sfruttare le forze di van der Waals su microscala che si verificano a distanze molto brevi tra le superfici. Fasci di nanotubi si conformano alle minime variazioni microscopiche su una superficie, allo stesso modo in cui i fasci di fibre di cheratina nanoscopiche che compongono i peli dei piedi di geco permettono loro di conformarsi alle pareti.
Come un normale nastro adesivo, il nastro del geco aderisce saldamente quando viene tirato parallelamente a una superficie; può supportare poco meno di 10 libbre per centimetro quadrato. Ma il nastro può essere staccato con relativa facilità quando viene tirato perpendicolarmente a una superficie.
Con l'aumento del controllo su nanoscala sui materiali, è aumentato anche il numero di gruppi che sviluppano versioni del nastro per gechi. Ma il nuovo nastro, realizzato dai ricercatori dell'Università di Akron e del Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), è molto più resistente di quelle versioni ed è in grado di supportare quattro volte più peso per area rispetto ai piedi di geco. Altri ricercatori hanno provato a utilizzare i nanotubi di carbonio in passato, in parte perché sono molto resistenti e possono resistere a temperature molto più elevate rispetto alla plastica, quindi sarebbero utili in più applicazioni. Ma quei nanotubi erano troppo rigidi per essere pratici, dice Manoj Chaudhury , professore di ingegneria chimica alla Lehigh University, che ha lavorato a progetti simili. Così i ricercatori Akron e RPI hanno modificato i nanotubi sfruttando il fatto che possono essere coltivati chimicamente per avere un numero diverso di pareti. I ricercatori hanno trovato un equilibrio tra avere troppe pareti, che rende i nanotubi troppo rigidi, e averne troppo pochi, che li rende deboli, dice Chaudhury.
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Per rendere il nastro ancora più forte mantenendo la flessibilità, i ricercatori hanno preso un consiglio dai gechi. Sono cresciuti nanotubi in fasci distinti, proprio come i fasci di fibre che compongono i peli dei piedi di geco. I nanotubi sono realizzati esponendo i catalizzatori a cariche di idrocarburi: gradualmente, il carbonio si accumula sui catalizzatori in una disposizione atomica distintiva che forma i tubi. I ricercatori hanno coltivato i nanotubi in fasci depositando il materiale catalizzatore in uno schema di quadrati separati. Hanno quindi trasferito questi fasci di nanotubi su una plastica flessibile per realizzare il nastro.
Il nastro può ancora essere migliorato in molti modi. In questo momento, è necessaria una notevole quantità di pressione per ottenere un buon contatto tra i nanotubi e la superficie, afferma Metin Sitti , professore di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon University, che sta sviluppando materiali simili. Chaudhury afferma che, in definitiva, sarebbe bello avere un materiale che aderisce con poca o nessuna pressione, in particolare per l'uso con i robot arrampicatori. Ali Dhinojwala , un professore di scienza dei polimeri presso l'Università di Akron, che ha guidato il lavoro, afferma che la pressione di attacco potrebbe essere ridotta facendo cose come ammorbidire il supporto del nastro.
I ricercatori vogliono anche rendere il nastro più forte. In questo momento, quando viene tirato parallelamente a una superficie, il nastro si stacca non perché i nanotubi di carbonio si staccano dalla superficie, ma perché i nanotubi stessi si rompono. I ricercatori stanno attualmente lavorando su una serie di modi per rafforzare i nanotubi per sfruttare questa forte adesione. Stanno anche lavorando per rendere il nastro riutilizzabile migliaia di volte, invece delle decine di volte in cui può essere utilizzato ora. Per raggiungere questo obiettivo, Dhinojwala e il suo team dovranno rendere il nastro autopulente, come i piedi di un geco.
Per commercializzare il nastro, i ricercatori dovranno anche realizzare pezzi di nastro più grandi. Finora hanno realizzato solo pezzi di nastro molto più piccoli di un centesimo.