Nei sogni più profondi di tutti noi, almeno quando si parla di fantascienza, ci sono sicuramente i mutaforma T1000 di Hollywood. Tuttavia, un team di ricercatori ha creato un robot di tipo Terminator in grado di sciogliersi in risposta a stimoli specifici e poi riassemblarsi. Utilizzando campi magnetici alternati e ispirandosi a una particolare creatura marina, hanno creato un primo prototipo in miniatura. Senza dimenticare, però, che il merito va anche ai materiali appositamente utilizzati per la costruzione del modello.
Che aspetto ha il robot Terminator?
Le proprietà del modello sono dovute alla particolare composizione chimica della lega che lo costituisce. Il robot è infatti una miscela di particelle ferromagnetiche tra cui Neodimio, Ferro e Boro in una matrice metallica liquida. Con la particolarità che quest'ultimo ha un basso punto di fusione; la miscela infatti viene immersa nel gallio puro.
La sostanza è costituita da ciò che viene chiamato MPTM, o materia di transizione della fase magnetoattiva. Come suggerisce il nome, può passare dalla fase solida alla fase liquida in modo reversibile. Grazie ad un campo magnetico alternato si riscalda sciogliendosi, per poi solidificarsi nuovamente a temperatura ambiente.
Schema della sostanza e delle sue caratteristiche in relazione all'oloturia, in alto. Di seguito, possibili applicazioni del robot Terminator, inclusa la riparazione di circuiti elettrici.
Gli MPTM combinano quindi in modo unico un'elevata resistenza meccanica, un'elevata capacità di carico e un'elevata velocità di locomozione. La loro resistenza raggiunge 21,2 MPa e la loro rigidità 1,98 GPa, per carichi fino a 30 kg a più di 1,5 m/s, in fase solida. Nella fase liquida presentano un'ottima adattabilità morfologica (allungamento, scissione, rottura, ecc.).
Caratteristiche delle leghe e primi risultati
Le microparticelle di NdFeB sono incorporate nella matrice di gallio con una netta separazione di fase tra NdFeB e metallo liquido. Il processo di miscelazione viene eseguito meccanicamente in modo che una scansione elettronica possa vedere la chiara separazione delle fasi.
I ricercatori hanno utilizzato gallio puro perché il suo punto di fusione (29,8°C) è vicino alla temperatura ambiente. Ciò ovviamente consente una rapida transizione dalla fase solida a quella liquida in condizioni ambientali.
La matrice solida di gallio impedisce inoltre alle microparticelle di NdFeB incorporate di muoversi o ruotare. Ciò consente quindi agli MPTM solidi di mantenere una polarità magnetica fissa e stabile. Tuttavia, questa libertà di movimento limita la mobilità nella fase liquida dell’intero MPTM, mentre nella fase solida, con l’applicazione di determinate intensità di campo magnetico, gli scienziati hanno registrato velocità diverse.
I ricercatori hanno quindi effettuato diverse prove in fase solida e liquida, ad esempio facendo saltare il materiale, fare piroette e movimenti vari. Ciò che ha fatto piangere Terminator è stata la particolare configurazione con cui hanno eseguito uno dei test. Gli scienziati, infatti, hanno modellato la sostanza in una figura simile all'omino Lego posto dietro le sbarre di una gabbia. Tuttavia, quando viene applicato il campo magnetico alternato, il video mostra chiaramente la figura che si scioglie e poi si ricostituisce all'esterno delle barre.
L'insospettabile creatura che l'ha ispirato: il cetriolo di mare
A questo punto, dopo tanto parlare, ci si potrebbe aspettare che sia stata Hollywood a influenzare gli scienziati della Carnegie Mellon e della China University. Ma le cose sono diverse da quanto potresti pensare; come in molti studi di questo tipo, la natura, e in particolare una creatura marina, sono almeno in parte responsabili di ciò che hanno ottenuto.
I cetrioli di mare o cetrioli di mare sono la principale fonte di ispirazione per The MPTM; Chiamati anche cetrioli di mare, queste creature hanno poco a che fare con le verdure. Si tratta in realtà di animali che vivono sui fondali marini di tutto il mondo, nella classe degli echinodermi. Hanno un aspetto cilindrico allungato (che ricorda i cetrioli) con l'ano e la bocca situati alle estremità opposte.
Gli Oluturi in particolare sono caratterizzati dalle cosiddette spicole calcaree, rigide su tutto il corpo, e utilizzano la bocca per nutrirsi filtrando l'acqua. La maggior parte di essi sono bentonici, nel senso che vivono permanentemente attaccati al fondale marino e alcuni sono addirittura sessili (attaccati al substrato). Nonostante ciò, possono spostarsi in caso di pericolo da parte di spazzini e predatori.
E finora, niente di particolarmente spettacolare o distintivo, qualcuno potrebbe far notare. Ma solo menzionare una delle loro strategie di difesa fa paragoni con Hollywood e i film sui supereroi. I cetrioli di mare, infatti, hanno grandi capacità rigenerative: possono addirittura eviscerare alcuni dei loro organi. I polmoni acquosi, gli intestini lunghi e la singola gonade vengono fatti esplodere per distrarre i nemici e facilitare la fuga, poi sono in grado di rigenerare tutto in pochissimo tempo.
Da aggiungere al suo CV: questa creatura marina è di grande importanza per l'ecosistema marino e la biodiversità. Come i loro cugini terrestri, infatti, come i lombrichi, agiscono come spazzini e sono un deterrente. Ma non è tutto: sembrano anche contribuire a mitigare l'effetto acidificante degli oceani.
Applicazioni del robot Terminator
Il cetriolo di mare è in grado di modificare in modo reversibile la rigidità dei suoi tessuti per migliorarne la capacità di carico. Grazie a questa caratteristica, può prevenire danni fisici causati dall'ambiente. Proprio come sono riusciti a fare i ricercatori con il robot Terminator.
D'accordo, va tutto bene, dirà qualcuno, ma in pratica a cosa può servire, cosa hanno pensato gli scienziati per usarlo con profitto? Ovviamente non facendo il primo passo verso quello che sarebbe un vero robot Terminator. Tra le altre applicazioni, infatti, i ricercatori hanno pensato anche al campo medico e ai possibili contributi alla riparazione di dispositivi di difficile accesso.
Gallio liquido
Un primo risultato è stato ottenuto affidando all'MPTM compiti di estrazione e trasporto. In un modello di stomaco simulato, il team ha mostrato come la micromacchina potrebbe passare alla fase liquida. Questo per avvolgere altri corpi estranei nello stomaco stesso e poi diventare nuovamente solido. Da lì è possibile estrarre il robot ed il suo carico.
In un test simile, il robot ha scaricato ciò che trasportava in punti predeterminati, sempre nel modello di stomaco simulato. Secondo gli autori, questa è una dimostrazione del suo potenziale come sistema di somministrazione di farmaci.
Infine, una simulazione ha mostrato come la forma liquida del robot potrebbe diventare una “vite universale”. Comprimendosi in spazi difficili da raggiungere e scivolando in una presa a vite, potrebbe solidificarsi. Insomma, il potenziale c'è, ma non aspettatevi un robot terminator come il T1000 di Hollywood!