Metamateriali “torsionali” stampati in 3D per la protezione dagli urti
Un gruppo di ricerca guidato da Shanmugam Kumar (University of Glasgow) e con contributi di atenei italiani ha dimostrato una nuova classe di metamateriali torsionali stampati in 3D: strutture di reticolo che, sotto compressione, ruotano e modulano l’assorbimento d’energia in modo controllabile, pensate per sistemi di sicurezza automotive e aerospaziali.
Che cosa cambia rispetto ai reticoli “classici”
Nei reticoli convenzionali la compressione porta a schiacciamento diretto. Qui ogni cella pre-twistata converte parte della compressione in torsione: tramite i vincoli al contorno (una sorta di “manopola” meccanica) si può irrigidire, ammorbidire o forzare l’over-twist per dissipare più energia. È un esempio di elasticità micropolare, in cui traslazioni e rotazioni sono accoppiate.
Geometria, materiale e processo
I campioni sono stati realizzati con reticoli tipo gyroid in acciaio (LPBF), validati con micro-CT per correlare difetti geometrici reali e risposta al carico; le prove di schiacciamento hanno mostrato buona aderenza tra modello CAD ideale e comportamento fisico.
Prestazioni misurate e “selettore” meccanico
Variando il vincolo alla rotazione, il team ha misurato fino a 15,36 J/g di assorbimento specifico e cambi di rigidezza ~25%, stress di collasso ~7% e assorbimento specifico ~40% tra configurazioni bloccata, libera e over-twist. In pratica, lo stesso componente può passare da scudo rigido a cuscino energetico senza ristampa.
Applicazioni e integrazione di sistema
L’approccio abilita inserti “intelligenti” per crash box, para-urti, telai di droni e caschi con risposta regolabile; i ricercatori prospettano anche recupero energetico collegando il moto torsionale a freni rigenerativi o volani.
Modellazione multi-scala e validazione sperimentale
Il lavoro combina formulazioni teoriche, modelli predittivi multi-scala e prova meccanica, integrando le ricostruzioni micro-CT nella simulazione per ottenere allineamento numerico-sperimentale su reticoli gyroid twistati.
Contesto scientifico: perché la torsione è “sintonizzabile”
La letteratura su metamateriali chiral/twisting e su micropolar elasticity mostra come l’accoppiamento compressione-torsione consenta curve forza-spostamento “programmabili”, con vantaggi per assorbimento d’urto e progettazione rate-dependent.
Chi ha partecipato
Oltre al gruppo di Glasgow, hanno contribuito ricercatori dell’Università Politecnica delle Marche, Università dell’Aquila e INFN; altre fonti riportano il coinvolgimento della University of Nottingham sul tema dei reticoli torsionali.
