Oltre alla produzione di energia elettrica, può essere utilizzato per monitorare i danni strutturali degli edifici in costruzione o per valutare l'impatto di fenomeni come i terremoti.
Gli scienziati dell'Università di Pittsburgh (Pitt), in Pennsylvania (Stati Uniti), intendono portare il calcestruzzo a un nuovo livello con un metamateriale, ovvero un insieme eterogeneo di materiali artificiali che possiedono particolari caratteristiche elettromagnetiche, per lo sviluppo di infrastrutture intelligenti.
Nella loro ricerca, presentano un nuovo concetto per sistemi in calcestruzzo leggeri e meccanicamente regolabili, dotati di funzionalità interne per rilevare, generare e raccogliere energia.
“L’uso massiccio del calcestruzzo nei nostri progetti infrastrutturali rende necessario lo sviluppo di una nuova generazione di materiali in calcestruzzo che siano più economici e sostenibili dal punto di vista ambientale, pur offrendo funzionalità avanzate. Possiamo raggiungere tutti questi obiettivi introducendo un paradigma di metamateriali nello sviluppo dei materiali da costruzione”, ha affermato Amir Alavi, professore associato di ingegneria civile e ambientale presso l’Università di Pittsburgh, in una dichiarazione ufficiale.
Ecco come viene prodotta l'elettricità
Non è la prima volta che questo gruppo di ricercatori lavora con i metamateriali; in precedenza li avevano utilizzati negli impianti dentali. Questa volta, però, hanno impiegato questo elemento per creare un calcestruzzo altamente adattabile, poiché attributi come fragilità, flessibilità e forma possono essere regolati, consentendo ai costruttori di utilizzare meno materiale senza compromettere resistenza o durata.
Questo metamateriale è costituito da una rete di polimeri auxetici rinforzati all'interno di una matrice di cemento conduttivo, che i ricercatori hanno arricchito con polvere di grafite e che forma l'elettrodo; nel frattempo, un innesco meccanico o un nanogeneratore può generare elettrificazione tramite il contatto tra gli strati. In altre parole, può generare la propria carica elettrica.
Non è ancora in grado di produrre abbastanza elettricità da immettere nella rete elettrica, ma gli scienziati generano energia sufficiente per alimentare i sensori integrati nelle strade, compresi quelli futuri progettati per assistere i veicoli a guida autonoma quando i segnali GPS sono troppo deboli o quando la tecnologia LIDAR non funziona.
Oltre alla generazione di elettricità, questo metamateriale ha il potenziale per essere utilizzato per monitorare i danni all'interno delle strutture in costruzione o per osservare l'impatto di fenomeni come i terremoti sugli edifici. Inoltre, il metamateriale stesso può essere fisicamente adattato a qualsiasi costruzione, modificandone flessibilità, forma e fragilità.
Secondo i test effettuati dai ricercatori, il dispositivo potrebbe essere compresso fino al 15% mantenendo la sua integrità strutturale e producendo una potenza di 330 μW.
"Questo progetto presenta il primo calcestruzzo metamateriale composito con supercomprimibilità e capacità di raccolta di energia. Questi sistemi di calcestruzzo leggeri e meccanicamente regolabili possono aprire la strada all'utilizzo del calcestruzzo in diverse applicazioni, come materiali ingegneristici fonoassorbenti negli aeroporti per contribuire a rallentare gli aerei fuori controllo o sistemi di isolamento sismico alla base", osserva Alavi.
Utilizzo scalabile
Il progetto, che applica il materiale a diversi utilizzi, coinvolge scienziati della Johns Hopkins University, della New Mexico State University, del Georgia Institute of Technology, del Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosistemis (in Cina) e della Swanson School of Engineering dell'Università di Pittsburgh, e si propone di lavorare anche per ottenere ulteriori proprietà e possibilità di utilizzo del materiale.
Sottolineano addirittura che questo calcestruzzo multifunzionale da loro creato potrebbe diventare un componente ampiamente utilizzato nelle infrastrutture, in quanto "scalabile, conveniente e in grado di sostenere le proprie operazioni attraverso la raccolta di energia verde". Almeno questo è quanto affermano nella loro ricerca, intitolata "Integrated Metamaterial Concrete Systems with Multifunctional Nanogenerators for Smart Civil Infrastructure", pubblicata sulla rivista Advanced Materials.
Nonostante il potenziale di questo calcestruzzo per la creazione di infrastrutture intelligenti e autosufficienti dal punto di vista energetico, i ricercatori sottolineano nel loro studio la necessità di test su larga scala per migliorare il prodotto. Indicano inoltre che sono necessarie ulteriori ricerche su come isolare il materiale integrato nel nanogeneratore per la raccolta di energia da fattori di stress ambientali come umidità, condizioni meteorologiche avverse e fluttuazioni di temperatura.
Tuttavia, il team di ricerca ha già stretto una collaborazione con il Dipartimento dei Trasporti della Pennsylvania (PennDOT) per sviluppare questo metamateriale in calcestruzzo con l'obiettivo di utilizzarlo in futuro nelle strade della Pennsylvania.
Fonte: https://www.elespanol.com/
