La natura ci stupisce sempre di più e la scienza spesso si lascia ispirare dall’ambiente che ci circonda. Questa volta sono stati i pesci a diventare dei modelli da seguire, per essere precisi le loro squame.
Da queste ha preso vita un nuovo calcestruzzo biomimetico, sviluppato dai ricercatori della Princeton Engineering (Stati Uniti) grazie a una nuova tecnica che ne migliora la resistenza alle crepe, amalgamando design architettonici avanzati e tecnologie di stampa 3D.
Crepe addio
La struttura a doppia elica presente nelle squame di un pesce preistorico diffuso in Madagascar, il celacanto, ha talmente tanto affascinato i ricercatori da pensare di riprodurla.
Nello studio, pubblicato recentemente sulla rivista Nature, si legge come per replicare queste proprietà, la squadra guidata dal Prof. Moini Arjun Prihar ha ideato un design che organizza il calcestruzzo in filamenti tridimensionali. Grazie al supporto della stampa 3D robotizzata, ogni filamento viene debolmente unito a quelli adiacenti. Le varie configurazioni dei filamenti vengono combinate in forme più complesse per migliorare la resistenza del materiale alle crepe, pericolose in particolar modo per strutture in calcestruzzo di grandi dimensioni, impedendone la propagazione.
Il risultato è un aumento della resistenza del materiale del 63% rispetto al cemento tradizionale, aprendo nuove prospettive per il futuro delle costruzioni.
“Sfruttiamo la libertà di fabbricazione e le risoluzioni offerte da una tecnica di produzione additiva robotica che è finora sottoutilizzata per ottenere un calcestruzzo architettonico complesso con caratteristiche prestazionali avanzate”, evidenzia il gruppo di ricercatori.
Il calcestruzzo super-resistente biomimetico in stampa 3D
Nello sviluppo di questo prodotto è stato fondamentale l’utilizzo di robot industriali di grandi dimensioni. Senza il sostegno della robotica, produrre strutture interne precise e concepite per resistere alle sollecitazioni sarebbe stato molto difficile.
La stampa 3D, con cui il robot pone il calcestruzzo filamento per filamento, consente di esplorare nuove architetture complesse, impossibili da ottenere con i metodi tradizionali, assicurando una precisione millimetrica ed eliminando inoltre, sprechi di materiale.
Un altro ostacolo che i ricercatori sono riusciti a superare con l’uso della tecnologia è stato quello della tendenza del materiale fresco a deformarsi sotto il proprio peso.
Durante la deposizione da parte del robot, i livelli superiori hanno cominciato a premere su quelli inferiori, rischiando di danneggiare la precisione geometrica della struttura. Per ovviare questo problema, alla Princeton Engineering hanno sviluppato una soluzione personalizzata, inserendo un sistema di estrusione a due componenti.
Questa struttura impiega un ugello robotizzato in grado di mescolare il cemento con un accelerante chimico, poco prima della deposizione, che aiuta a controllare meglio il processo di indurimento del calcestruzzo, riducendo la deformazione e mantenendo intatta la struttura progettata.
Grazie a un’attenta calibrazione della quantità di accelerante, i ricercatori sono riusciti a ottenere un controllo preciso sulle forme finali e a minimizzare eventuali distorsioni. Il risultato è quindi un calcestruzzo super-resistente ma anche esteticamente accattivante.