Gli scienziati hanno ora un nuovo strumento per ottimizzare i materiali di schiuma per vari usi, migliorando le loro capacità di assorbimento degli urti.
In una svolta innovativa, i ricercatori del Politecnico di Monaco di Baviera (TUM) e dell'Università del Wisconsin-Madison hanno presentato un nuovo framework per la progettazione di materiali ammortizzatori. Questo approccio innovativo potrebbe potenzialmente rivoluzionare la progettazione dei metamateriali di prossima generazione, dei componenti della robotica morbida e delle strutture assorbenti energia nei veicoli, rendendo gli equipaggiamenti protettivi più leggeri, sicuri ed efficienti.
Il nuovo framework, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications il 4 agosto 2025, offre un significativo passo avanti nel processo di progettazione. Fornisce criteri di progettazione per massimizzare l'assorbimento di energia di un materiale in base a diverse variabili, accelerando così il processo e rendendo superfluo il ripetitivo processo di prova ed errore.
Il framework del team utilizza input come spessore, area e proprietà del materiale per produrre una mappa di progettazione che massimizza l'assorbimento di energia. Ciò consente ai progettisti di ottimizzare per uno spessore minimo o un peso più leggero, un fattore cruciale in molte applicazioni.
L'approccio alla progettazione della schiuma del team dell'Università del Wisconsin-Madison considera insieme lo spessore, l'area e le proprietà meccaniche, a differenza dei metodi tradizionali che si concentrano sul mantenere un piatto di stress costante. Questo approccio innovativo ha dimostrato che le schiume con risposte non lineari sforzo-deformazione possono superare quelle che mantengono un livello di stress costante in determinate situazioni di impatto.
I ricercatori hanno applicato il framework alle schiume di nanotubi di carbonio allineati verticalmente che hanno sviluppato, ottenendo proprietà protettive ottimali per diverse applicazioni. Il lavoro del team potrebbe ridefinire come vengono progettati i materiali protettivi, aprendo la strada a soluzioni ammortizzanti più leggere, efficienti e specifiche per l'applicazione.
Le future iterazioni del framework potrebbero integrare l'ottimizzazione guidata dall'IA, consentendo ai progettisti di simulare rapidamente centinaia di configurazioni del materiale in pochi minuti. Ciò potrebbe notevolmente ridurre il tempo e i costi di sviluppo di equipaggiamenti protettivi per atleti, soldati e astronauti, rendendo gli equipaggiamenti più leggeri, sicuri ed efficienti.
Il framework dei ricercatori è ora disponibile gratuitamente online per progettisti e ingegneri di tutto il mondo, aprendo la strada a una nuova era nella progettazione dei materiali. Questo sviluppo avrà probabilmente conseguenze a lungo termine, dall'equipaggiamento sportivo all'
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