Roma, 1 giu. (askanews) – Attraverso la sperimentazione di polimeri puri che agiscono come blocchi costruttivi e la stampa 3D, i ricercatori del MIT e del Politecnico di Milano hanno prodotto nuovi materiali compositi che imitano le elevate caratteristiche meccaniche e lo straordinario equilibrio di resistenza e tenacità delle ossa e si prestano a molteplici applicazioni.
I ricercatori hanno scelto l’osso come fonte di ispirazione poiché mostra una notevole combinazione di proprietà meccaniche, difficilmente riscontrabile in materiali artificiali. Ad esempio, l’osso corticale – denso e compatto – fornisce un buon sostegno strutturale, mentre l’osso trabecolare, più poroso, offre un’ottima resistenza alla compressione. Entrambi hanno la capacità di rimodellarsi e autoripararsi, sotto l’effetto di sollecitazioni meccaniche.
La ricerca è illustrata in un articolo pubblicato sulla rivista “Advanced Engineering Materials” da Flavia Libonati, autrice principale, ricercatrice affiliata del CEE e ricercatrice universitaria del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano. Tra i coautori figurano Grace Gu, dottoranda in Ingegneria Meccanica al MIT, Markus Buehler, direttore del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (CEE) del MIT e McAfee Professor of Engineering, Zhao Qin, ricercatore presso il CEE del MIT, e Laura Vergani, professoressa presso il Dipartimento di Meccanica del Politecnico.
“Nel tessuto osseo – spiega Flavia Libonati – è possibile distinguere diverse sottostrutture, che si sviluppano e si adattano per rispondere a funzioni specifiche all’interno del corpo. Come ingegneri, possiamo utilizzare un’ampia varietà di materiali, appartenenti a diverse classi come metalli, ceramiche e materie plastiche e ispirarci alle strutture dei materiali biologici, per creare nuovi materiali con funzioni e proprietà molteplici”.
Con il crescente interesse verso i materiali multifunzionali, la biomimetica e le tecnologie di produzione additiva, queste conoscenze sono importanti sia per comprendere il ruolo delle sottostrutture ossee nella determinazione della resistenza alla frattura sia per fornire linee guida per la progettazione di nuovi compositi strutturali aventi un’ottima combinazione di caratteristiche meccaniche. Replicando, infatti, le principali caratteristiche microstrutturali nel design dei nuovi materiali, è stato possibile riprodurre i fondamentali meccanismi di tenacizzazione dell’osso, incrementando la resistenza e la tenacità, analogamente a quanto avviene nel tessuto osseo, e raggiungendo un ottimo compromesso tra le due proprietà.
Tra le possibili applicazioni future e i vantaggi di questo lavoro di bio-ispirazione figurano anche un maggior risparmio sui costi dei materiali, una maggiore sostenibilità e una maggiore sicurezza, soprattutto in applicazioni in cui il cedimento improvviso è molto comune, come nei gasdotti, nelle vasche di contenimento delle centrali nucleari e in componenti protesici che presentano particolari criticità.
