Energia senza fili

I cristalli con la capacità di trasformare la luce direttamente in energia meccanica senza utilizzare l’elettricità come fase intermedia potrebbero consentire una serie di progressi. Ad esempio, i droni che funzionano con raggi laser potrebbero ridurre il consumo di batterie o farne del tutto a meno, con il risparmio di peso che consente funzionalità aggiuntive.

L’idea della trasmissione wireless dell’energia ha un fascino di lunga data. Nikola Tesla ha trascorso anni cercando di sviluppare un modo per alimentare le luci senza fili, e tale è la sua venerazione che alcune persone credono che ci sia riuscito, solo per poi sopprimere la tecnologia. Le proposte di irradiare l'energia raccolta dai pannelli solari nello spazio sono un'altra versione che sperimenta periodiche rinascite.

Di solito, però, si tratta di convertire la radiazione elettromagnetica trasmessa in elettricità, che viene poi utilizzata per alimentare motori o illuminare globi. Sfortunatamente, una delle leggi più basilari della fisica è che ogni conversione di energia comporta una certa inefficienza. Di conseguenza, il professor Ryan Hayward dell’Università del Colorado a Boulder sta cercando di ridurre al minimo le trasformazioni necessarie.

"Eliminiamo l'intermediario, per così dire, e prendiamo l'energia luminosa e la trasformiamo direttamente in deformazione meccanica", ha detto Hayward in una nota. La chiave di questo processo risiede nei cristalli organici che si piegano se esposti alla luce.

Hayward guida un team che utilizza questi materiali fotomeccanici per svolgere il lavoro in modo che i robot non abbiano bisogno di portare con sé le batterie, almeno finché hanno una linea di vista libera verso la fonte di luce. Pertanto, un drone alimentato da un raggio laser potrebbe rimanere in volo più a lungo ed eventualmente eseguire manovre aeree più complesse rispetto a quando dovesse trasportare batterie e altri sistemi elettrici pesanti.

I materiali fotomeccanici non sono una novità, ma le versioni precedenti erano inefficienti e si rompevano così facilmente da costituire più una curiosità che la base per macchine utili. Il team di Hayward ha scoperto che cristalli minuscoli e altamente ordinati di diariletene possono fare molto meglio se combinati in numeri più grandi. "La cosa interessante è che questi nuovi attuatori sono molto migliori di quelli che avevamo prima", ha detto Hayward. "Rispondono rapidamente, durano a lungo e possono sollevare oggetti pesanti."

Il team di Hayward sta incorporando gruppi di cristalli in fori microscopici nei materiali polimerici. Hanno scoperto che questo li rende più robusti e più potenti. Quando esposti alla luce, i cristalli provocano la piegatura del polimero, che può far girare un motore. Hanno dimostrato che cristalli da 0,02 milligrammi possono sollevare oggetti migliaia di volte il loro peso.

Ciò non significa che tutti i problemi della trasmissione di energia wireless siano risolti. Attualmente il team può solo far sì che la combinazione cristallo-polimero si pieghi e si distenda con l'esposizione alla luce, mentre gli anelli all'interno della struttura molecolare dei cristalli si aprono e si chiudono. Il team vuole avere a disposizione una gamma più ampia di capacità. Hayward riconosce inoltre: “Abbiamo ancora molta strada da fare, soprattutto in termini di efficienza, prima che questi materiali possano davvero competere con gli attuatori esistenti”.

Lo studio è pubblicato su Nature Materials.