La stampa 4D aiuterà l’esplorazione spaziale

La stampa 4D è un termine un po’ esoterico nato per definire la creazione, mediante la normale stampa 3D, di oggetti la cui struttura poi si modifica al variare di qualche parametro, che rappresenta la “quarta dimensione” della stampa.

Si tratta quindi della combinazione ideale di due elementi specifici: da un lato la stampa 3D come processo produttivo permette di usare materiali anche molto particolari, dall’altro alcuni di questi hanno proprietà fisiche che permettono di controllare il variare della loro forma dopo la produzione.

Alcuni ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno applicato i principi della stampa 4D per realizzare i primi esemplari dimostrativi di strutture che potrebbero essere impiegate nell’esplorazione spaziale. Il principio da cui si è partiti è che in ipotetici viaggi spaziali non si possono portare con sé voluminosi elementi di costruzione, quindi è necessario avere strutture che occupino poco spazio quando conservate ma che poi garantiscano di essere molto stabili una volta installate.

Ripiegabile e stabile sono due concetti che non stanno molto bene insieme, ma che i ricercatori americani sono riusciti a combinare traendo dall’architettura il concetto di tensegrità. Le strutture di tensegrità si sostengono autonomamente per effetto della combinazione delle tensioni tra i loro componenti (tensegrità derviva da tensegrity, a sua volta fusione di tension e integrity). Una tipica struttura di tensegrità è costituita da barre rigide in compressione collegate fra loro da cavi in tensione.

La tensegrità porta la solidità della struttura una volta dispiegata, ma la compattezza? Questa è stata ottenuta producendo barre e tiranti in stampa 4D, ossia con la stampa 3D di polimeri a memoria di forma. Le barre sono in realtà tubi vuoti con una fessura nella loro lunghezza, il che permette di schiacciarle come se fossero (quasi) piatte. Anche i tiranti sono polimerici e si comportano come cavi elastici.

A basse temperature barre e tiranti sono quindi “molli” e ripiegabili. Man mano che la temperatura sale le barre cominciano a irrigidirsi, fino a estendersi completamente mettendo in tensione i cavi. A questo punto il risultato finale è la struttura di tensegrità voluta.

Un elemento chiave nella progettazione di queste strutture, che potrebbero essere usate anche come armatura per la realizzazione di robot “soft”, è definire l’ordine esatto in cui i componenti si devono espandere per arrivare al risultato giusto. È la composizione chimica delle barre a definire quali di estendono prima e quali dopo, sequenzialmente.

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