I ricercatori del MIT stampano in 3d delle ragnatele sintetiche per testare il design dei materiali ad alta resistenza e bassa densità
Le ragnatele sono una delle strutture biologiche più affascinanti che l’uomo conosca. Tra le sue proprietà troviamo una alta resistenza per i suoi modelli matematici complessi (grammo per grammo è più resistente dell’acciaio) , la ragnatela è a dir poco una delle strutture più imponenti della natura.
Ora, utilizzando una combinazione di modellizzazione computazionale e analisi meccanica, un team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno sviluppato un modo di usare la stampa 3D per creare ragnatele sintetiche
In un recente articolo scritto dal professor Marku Buehler – capo del Dipartimento del MIT di Ingegneria Civile e Ambientale (CEE) , insieme al ricercatore CEE Zhao Qin, al professore di Harvard Jennifer Lewis ed all’ex postdoc Harvard Brett Compton, il team ha presentato i risultati ottenuti sulla “ottimizzazione strutturale di una tela di ragno sintetica ad alta resistenza stampata in 3d”.
“Questa è la prima esplorazione metodica nel suo genere”, ha detto il Professor Buehler , “Stiamo cercando di espandere la nostra conoscenza della funzione dei nastri naturali in modo sistematico e ripetibile.”
Il team ha utilizzato dell strutture metalliche per stampare in 3d i nastri sintetici ed integrare direttamente i propri dati nei modelli – in sostanza la fusione del mondo fisico con il calcolo.
I modelli stampati in 3D, secondo l’Università di Harvard e il professor Jennifer Lewis, forniscono ampie opportunità per studiare ulteriormente gli effetti della struttura di web design e le relazioni tra la forza e la tolleranza cosa che sarebbe quasi impossibile studiare con l’uso di ragnatele naturali .
“La Seta di ragno è un materiale tenace ed affascinante”, ha detto Lewis.
“Ma prima d’ora, il ruolo dell’architettura web non era stata ancora completamente esplorata.” Per indagare gli aspetti geometrici delle ragnatele attraverso l’uso di un materiale simile alla seta che possono essere stampati in 3D con proprietà meccaniche uniformi .
Tra le altre scoperte fatte dal team, lo studio ha rilevato che esiste una relazione significativa tra la struttura della tela di ragno, i punti di carico e i meccanismi di rottura ; quando la distribuzione materiale viene spostata in una tela, un ragno è in grado di ottimizzare al meglio la potenza del disegno per l’attesa della sua preda.
Inoltre, gli esperimenti hanno rivelato che le ragnatele costituite da un filo di diametro uniforme sono più indicate per gestire una forza che è applicata ad un singolo punto – come una mosca o un ape che colpisce la ragnatela. Tuttavia, quando una ragnatela è costruita con filo non uniforme, è più resistente alla pressione diffusa come una raffica costante di gocce di pioggia o vento forte.
“Questo lavoro è un eccellente dimostrazione di come possiamo sfruttare i progetti della natura nello sviluppo di materiali e di strutture innovative.”, Ha aggiunto Sandra Shefelbine, professore associato di ingegneria meccanica e industriale presso la Northeastern University.
Ora che il team ha creato un valido modo di testare le strutture delle ragnatele grazie ai loro metodi di stampa 3D, il loro passo successivo è quello di esaminare ulteriormente gli aspetti dinamici dei vari design delle ragnatele con colpi e vibrazioni ed esperimenti controllati che simulano le forze della natura.
“I Materiali e le strutture biologiche sono la nuova frontiera dell’ingegneria”, ha aggiunto Marc Meyers, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso l’Università della California a San Diego. Mentre ci muoviamo verso un futuro di progettazione generativa con elementi ispirati alla natura, sono esperimenti come questi che in ultima analisi contribuiscono a spianare la strada per la prossima generazione di design e d’ingegneria.
