Oggetti caldi o freddi, una questione di geometria

Dal funzionamento delle caldaie ai motori delle auto fino a impianti d’irrigazione e astronavi. Decine di riferimenti alla quotidianità e all’innovazione tecnologica più avanzata nello studio di Michele Brun, docente al dipartimento di Ingegneria meccanica, chimica e dei materiali dell’Università di Cagliari, e degli specialisti degli atenei di Brescia e Trento. Il lavoro ha conquistato la copertina della rivista “Proceedings of the Royal Society A”

Oggetti caldi o freddi una questione di geometria: La rivista scientifica britannica “Proceedings of the Royal Society A”, numero di dicembre, contiene lo studio congiunto – l’articolo è intitolato “Micro-structured medium with large isotropic negative thermal expansion” – firmato dagli specialisti delle università di Cagliari, Brescia e Trento.

La ricerca, che ha conquistato la copertina della prestigiosa pubblicazione, ha dimostrato che il controllo delle deformazioni termiche di un oggetto può avvenire progettando in modo opportuno la configurazione geometrica della sua microstruttura. “Intervenire su di essa permette di rendere un dispositivo “insensibile” o “molto sensibile” alle variazioni di temperatura.

I risultati della ricerca – spiega Michele Brun, docente al Dimcm (Dipartimento ingegneria meccanica, chimica e dei materiali) dell’ateneo del capoluogo – aprono prospettive promettenti per la realizzazione di materiali da impiegare in vari ambiti.

Sia dove le deformazioni termiche rappresentano un rischio, e quindi devono essere minimizzate. Ed è il caso di componenti meccanici, ottici ed elettronici ma anche di strutture civili. Sia in ambiti in cui queste deformazioni sono vantaggiose, come gli attuatori termici in generale e, in particolare, quelli a elevate prestazioni che integrano circuiti elettronici con dispositivi optomeccanici”.

Il professor Brun, con Diego Misseroni (Dipartimento ingegneria civile, ambientale e meccanica, Trento) e Luigi Cabras (post-dottorando – Dipartimento ingegneria meccanica e industriale, Brescia), ha sviluppato il progetto di ricerca e steso dell’articolo. In particolare, Misseroni ha coordinato gli esperimenti in laboratorio sul metamateriale, Cabras ha curato la parte numerica mentre Michele Brun – Associato, al Dimcm insegna Resistenza e sicurezza delle costruzioni, ha oltre sessanta pubblicazioni, e, tra l’altro, ricercatore all’Università di Liverpool – si è occupato dello sviluppo del modello matematico.

Innovazione tecnologica e uso corrente. I motori delle automobili, le caldaie per il riscaldamento casalingo ma anche impianti d’irrigazione e dispositivi di chiusura per il settore aerospaziale. Gli attuatori termici – piccoli componenti elettromeccanici molto sensibili alle variazioni di temperatura – sono indispensabili per garantire il buon funzionamento di questi e di altri sistemi. La loro risposta fa aprire e chiudere valvole, accendere e spegnere interruttori ed eseguire una serie di altri compiti meccanici.

Ovvero, esperienze legate alla quotidianità. “Finora si associava l’attitudine di un corpo a modificare il proprio volume al variare della temperatura solamente dal tipo di materiale utilizzato, mentre non si sapeva che questa potesse essere controllata progettando la geometria della microstruttura. In laboratorio – rilancia il professor Brun – abbiamo progettato, realizzato e testato un metamateriale, materiale artificiale, il cui comportamento macroscopico non dipende solo dal materiale usato ma anche, e soprattutto, dalla configurazione geometrica della sua microstruttura.

Apportare dei cambiamenti a essa permette di controllare e modificare a piacimento l’entità e il segno delle deformazioni termiche e riuscire ad annullarle qualora necessario”.