Un nuovo materiale per barche, auto e aerei ispirato alle ossa: più resistente e riutilizzabile

Un gruppo dell’Università di Genova ha progettato un materiale che assorbe il 95% di energia in più prima di rompersi rispetto a un laminato convenzionale. Dopo l’uso, i rinforzi possono essere recuperati e impiegati per realizzare un nuovo composito

Le ossa hanno una struttura capace di rallentare e deviare le fratture. È questo il principio che ha guidato una ricerca dell’Università di Genova, dove è stato sviluppato un composito fibrorinforzato pensato per resistere meglio ai danni e conservare i propri elementi strutturali anche dopo il primo ciclo di vita.

Lo studio, realizzato nei laboratori del Dipartimento di ingegneria meccanica, energetica, gestionale e dei trasporti, è stato pubblicato su Advanced Functional Materials con il titolo “Bone-Inspired Recyclable Composites for Damage-Tolerant Circular Materials”.

Il materiale riprende l’organizzazione gerarchica dell’osso corticale. Nell’osso, osteoni e lamelle concentriche ostacolano l’avanzamento delle cricche; nel composito, unità multistrato ispirate a queste strutture sono integrate in una matrice termoplastica. Il risultato, secondo i test, assorbe il 95% di energia in più prima della rottura e raggiunge una resistenza superiore del 35% rispetto a un laminato convenzionale equivalente.

La differenza si osserva anche nel modo in cui il materiale cede. Dopo i primi danni, i rinforzi continuano a sostenere e redistribuire il carico: la rottura diventa così più graduale e meno improvvisa. Le simulazioni numeriche condotte dal gruppo hanno permesso di studiare il percorso delle cricche e i meccanismi che contribuiscono a dissipare l’energia.

La ricerca affronta anche un problema cruciale per il riciclo dei compositi: separare fibre e matrice senza compromettere l’allineamento e le proprietà dei rinforzi. In questo caso, una volta dissolta la matrice con un processo controllato a temperatura ambiente, le unità strutturali mantengono forma e orientamento. Le prove hanno rilevato caratteristiche di trazione paragonabili a quelle dei rinforzi nuovi, con scostamenti contenuti entro circa il 4%. Gli elementi recuperati sono stati poi usati per assemblare un altro composito.

L’obiettivo, spiegano i ricercatori, è quindi preservare la funzione del materiale oltre che recuperare la materia. Un approccio che potrebbe essere utile nella progettazione di componenti leggeri per nautica, aerospazio, automobili, trasporto ferroviario ed energia eolica, settori in cui contano sia le prestazioni sia la possibilità di gestire i materiali a fine vita.

Per ora si tratta di un dimostratore di laboratorio. Prima di un’applicazione industriale serviranno ulteriori verifiche sulla produzione su larga scala, sulla durata in condizioni di utilizzo reali, sul comportamento sotto carichi ripetuti e sui costi e l’impatto ambientale dell’intero ciclo di vita.

La ricerca è stata condotta da Alessandro Stagni, Nastaran Bahrami Novin e Luigi Benvenuto, insieme ai docenti Enrico Lertora e Flavia Libonati, che ha coordinato lo studio, nei laboratori M3M e Tecnologie, impianti e simulazione del Dipartimento.

In copertina: immagine di AI

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