GLI INGEGNERI CONSENTONO IL RAFFREDDAMENTO ATTIVO E LE COMUNICAZIONI RF CON IL NUOVO METAMATERIALE STAMPATO IN 3D
Un team di ricercatori statunitensi ha utilizzato la stampa 3D per creare un nuovo metamateriale altamente configurabile con proprietà termiche ed elettromagnetiche modificabili.
Gli ingegneri, guidati da Urmi Devi, dottoranda della North Carolina State University , affermano di aver tratto ispirazione dalle reti vascolari presenti negli organismi viventi. Mediante reti di stampa 3D di minuscoli tubi cavi simili a vene, il team ha scoperto che potrebbe controllare diverse caratteristiche del metamateriale composito durante il pompaggio di fluidi diversi attraverso il sistema vascolare.
L’innovazione bioispirata è stata stampata in 3D utilizzando resina epossidica strutturale rinforzata con fibre di vetro, che viene definita “fibra di vetro vascolarizzata”. Secondo Jason Patrick, autore corrispondente dello studio, la riconfigurabilità del metamateriale lo rende multifunzionale, con potenziali applicazioni nel raffreddamento attivo per microprocessori, aerei ed edifici, nonché dispositivi di comunicazione sintonizzabili al volo.
“I compositi rinforzati con fibre sono già ampiamente utilizzati”, ha affermato Patrick. “Quello che stiamo facendo è fare progressi nei materiali e sfruttare la stampa 3D per creare una nuova classe di metamateriali multifunzionali e riconfigurabili che ha un potenziale reale per l’implementazione strutturale scalabile e non dovrebbe essere proibitivo”.
La versatilità del metamateriale può in definitiva essere attribuita alla libertà di progettazione concessa dalla produzione additiva. La tecnologia ha permesso agli ingegneri di stampare in 3D reti di tubi altamente complesse – la microvascolarizzazione – in un’ampia gamma di geometrie e dimensioni. Poiché il metamateriale si basa su processi di fabbricazione di compositi prontamente disponibili, dovrebbe anche essere conveniente da produrre.
Durante l’esperimento, i ricercatori statunitensi hanno fatto passare una lega liquida a temperatura ambiente di gallio e indio attraverso la rete, che ha permesso loro di controllarne le proprietà elettromagnetiche. In particolare, modificando l’orientamento, la spaziatura e il volume del metallo liquido conduttivo all’interno del sistema vascolare, il team ha potuto controllare da vicino come il metamateriale ha filtrato specifiche onde elettromagnetiche nello spettro delle radiofrequenze. Ciò contiene un grande potenziale per i sistemi di comunicazione sintonizzabili in grado di saltare da una parte dello spettro all’altra su richiesta.
Kurt Schab, coautore dell’articolo, aggiunge: “La capacità di riconfigurare dinamicamente il comportamento elettromagnetico è davvero preziosa, in particolare nelle applicazioni in cui le dimensioni, il peso e i limiti di potenza incentivano fortemente l’uso di dispositivi in grado di svolgere molteplici ruoli di comunicazione e rilevamento. all’interno di un sistema”.
Semplicemente facendo circolare l’acqua attraverso la rete vascolare, gli ingegneri hanno dimostrato di poter controllare da vicino anche le proprietà termiche del metamateriale. Ciò dovrebbe consentire sistemi di raffreddamento attivo avanzati in dispositivi come velivoli ipersonici, sistemi a microprocessore e veicoli elettrici.
Le batterie dei veicoli elettrici, in particolare, attualmente si affidano ad alette in alluminio con semplici microcanali per il loro raffreddamento. Si prevede che il metamateriale stampato in 3D sia altrettanto efficace nel dissipare il calore, il tutto pur essendo significativamente più leggero con architetture di canale più complesse e ottimizzate.
“Abbiamo chiaramente in mente alcune applicazioni per questo metamateriale, ma ci sono sicuramente applicazioni a cui non abbiamo pensato”, aggiunge Patrick. “Siamo aperti a lavorare con persone che hanno nuove idee su come potremmo essere in grado di utilizzare ulteriormente questo nuovo materiale”.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Un metamateriale multifunzionale e riconfigurabile basato su microvascolari “. È co-autore di Jason Patrick, Urmi Devi, Kurt Schab, et al.
