Sempre piu` spesso si sente parlare di materiali intelligenti. Cosa sono? In maniera forse un po` impropria si usa dire che un materiale e` ‘intelligente’ se presenta caratteristiche inusuali e che possano risultare utili in applicazioni avanzate.
Una classe affascinante di materiali intelligenti sono le leghe a memoria di forma (LMF). Queste sono leghe metalliche dal comportamento sorprendente: potete deformare un oggetto in LMF e poi costringerlo a tornare alla sua forma iniziale scaldandolo un po`. Ecco un video 1 , il bicchiere e` pieno d’acqua calda. Ecco un altro video 2 , un altro 3 ed altri ancora ed un classico diagramma tensione-deformazione 4 .
(1)
(2)
(3)
(4)
A temperature piu` alte le LMF sono superelastiche diagramma 5 ): cioe` sono elastiche come gomma (ma non sono gomma! Sono metallo!), guarda il video 6 . Alcune LMF sono addirittura ferromagnetiche: vuol dire che possono essere attivate meccanicamente (si muovono..) per l’effetto di un campo magnetico (..senza essere toccate).
(5)
(6)
Cosa si puo` fare con una LMF? Ad oggi vi si possono realizzare una varieta` di oggetti da occhiali 7 , ai ( tessuti 8 e` prodotto in LMF. Applicazioni cruciali si ritrovano nelle tecnologie ( antisismiche 9 , di cava 10,aerospaziale 11, micromeccanica 12 . Le LMF sono infine materiali privilegiati per strumenti biomedicali: ad oggi la totalità degli archetti dentali e delle protesi vascolari periferiche 13 e` prodotta in LMF.
(7)
(8)
Cosa c’entra la Matematica? Molto: spesso le applicazioni in LMF sono tali da non consentire un’adeguata campagna di test (si pensi alle protesi vascolari o alle guide biomedicali 14 per endoscopia). Inoltre le LMF sono materiali costosi (alcune leghe costano piu` dell’oro) e i loro processi di lavorazione sono incredibilmente delicati. Al Matematico si chiede quindi di simulare il comportamento di oggetti in LMF in modo da ottenere prototipi piu` accurati, a meno prezzo. Questo si ottiene sviluppando un modello matematico (sistema nonlineare di relazioni), trasferendolo al computer (modello computazionale15 ) e testandolo in varie situazioni. La disponibilità` di un modello efficiente e` cruciale: permette infatti non solo rispondere a questioni aperte (come si comporta la protesi quando si espande 16 in una arteria?) ma anche di affrontare aspetti nuovi (quale tipo di intervento/protesi risultera` piu` adeguato in questa situazione?).
(14)
(16)
Le applicazioni in LMF crescono esponenzialmente e non c’e` dubbio che ci accompagneranno per un bel tratto a venire. Se guarderete bene le vedrete passare a braccetto alla Matematica!
Ulisse Stefanelli (IMATI – CNR, Pavia)
Altre info su:
Progetto BioSMa
Computational Mechanics and Advanced Materials Group, Universita` di Pavia.
