Speranze industriali: prototipi di attuatori realizzati con polimeri elettroattivi impilati. Immagine: Dätwyler Holding Inc.I portatori di speranza sono insignificanti, minuscoli, grigio scuro: sottilissimi wafer quadrati di silicone di 15 millimetri per 15 millimetri, disposti su un tavolo nella sala 024 della Metallhalle, Empa, Dübendorf. In una scatola accanto c’è il prodotto finito, composto da centinaia di pezzi, impilati in "torrette", con strati di elettrodi filigranati tra di loro. Se tali componenti vengono eccitati, i dischi di silicone si comprimono; l’attuatore si "restringe" un po’ e può anche, viceversa, registrare elettronicamente quando viene compresso.
A cosa serve - Questi "attuatori impilati" sono più semplici ed economici della tecnologia convenzionale e potrebbero essere utilizzati in molti modi: per azionare pompe, come interruttori nei volanti, per controllare pulsanti con feedback aptico e molto altro. Un potenziale che Gabor Kovacs ha portato a compimento, prima all’Empa e poi nello spin-off CTsystems, fondato nell’agosto 2012 - dai primi armeggi con diversi materiali all’annuncio del successo quattro mesi fa: rilevato dal gruppo industriale Dätwyler, con cui il team collabora già dal 2018. Presso la sede di Schattdorf, nel cantone di Uri, è in corso la costruzione di un impianto di produzione automatizzato che dovrebbe entrare in funzione a breve. In breve: il passo verso il mercato è imminente.
È passato un po’ di tempo: circa 22 anni da quando l’ingegnere meccanico Gabor Kovacs, all’epoca responsabile della tecnologia funiviaria dell’Empa, fu ispirato dall’idea dei polimeri elettroattivi (EAP), ad esempio attraverso gli articoli della rivista scientifica "Science". E poiché all’inizio del nuovo millennio l’Empa si è trasformata da un tradizionale laboratorio di analisi in un moderno istituto di ricerca, ha deciso di ricominciare da capo in questo campo.
Ricercatori e sviluppatori: Gabor Kovacs (a sinistra) e Lukas Düring nel loro laboratorio con un attuatore a batteria. Immagine: Empa
A posteriori, gli inizi sembrano avventurosi: dai primi componenti, i cui strati sono stati creati con nastro acrilico disponibile in commercio, ai muscoli artificiali EAP per un robot che ha partecipato a una gara di "braccio di ferro" presso il Jet Propulsion Laboratory dell’agenzia spaziale statunitense NASA a San Diego. Il risultato è stato il secondo posto. "È stato il nostro primo successo", dice Gabor Kovacs con una risata.
Il secondo è stato il dirigibile "Blimp", sviluppato da un team di specialisti dell’Empa intorno a Silvain Michel: un’imbarcazione galleggiante riempita di gas i cui elevatori e timoni erano azionati da polimeri elettroattivi. Il risultato è stato un dimostratore lungo otto metri che, grazie alle "corde muscolari" dell’EAP sui lati e sulla coda, si è mosso nell’aria piegando la fusoliera e agitando le pinne, come un pesce nell’acqua.
Sono state esperienze istruttive che hanno giovato anche alla tecnologia stessa. Il nastro adesivo acrilico degli inizi è stato sostituito dopo qualche anno dal silicone che, dopo la reticolazione per vulcanizzazione, presenta molti vantaggi: facile da lavorare, stabile in innumerevoli cicli di movimento e resistente anche alle alte e basse temperature. "Questo è essenziale, soprattutto per l’uso nella costruzione di automobili", spiega lo sviluppatore Gabor Kovacs, "pochi materiali elastici hanno tali proprietà".
Dopo il solito silicone, ora viene utilizzata una ricetta speciale - una delle tante fasi di sviluppo in cui è stato coinvolto anche il quarantenne ingegnere meccanico Lukas Düring, arrivato all’Empa nel 2008 per una tesi di diploma e rimasto come ricercatore: un aiutante di talento con un contributo prezioso che alla fine è diventato un compagno. "Ha fatto un sacco di armeggi e test - con grande successo", dice Gabor Kovacs, "è un vero ’Daniel Düsentrieb’!".
Caso di studio: un attuatore di impilamento nell’azionamento di un dispositivo di pompaggio. Immagine: Dätwyler Holding Inc.
Tuttavia, gli sviluppatori non sono stati risparmiati da contrattempi. Materiali improvvisamente non più disponibili, pezzi di ricambio mancanti o guasti alla macchina di impilamento a umido ad alta precisione per gli strati di silicone finiti: il sistema brevettato Empa, che funge anche da modello per la produzione futura del produttore Dätwyler.
Ma le possibilità di realizzare prodotti commercializzabili sono ora buone, dice Gabor Kovacs: la tecnologia è facile da usare, robusta e - a differenza di motori elettrici analoghi - silenziosa. Ma garanzie di successo non ce ne sono. Anche nella fase di transizione verso la produzione di massa, ci sono ancora dettagli da definire, come il materiale degli elettrodi tra i dischi di silicio. Sono quindi necessarie idee e duro lavoro - in futuro, più da parte di Lukas Düring, già impiegato presso Dätwyler, che di Gabor Kovacs, ora in pensione.
Cosa consiglia lo scienziato senior ai giovani ricercatori che vogliono seguire un percorso simile: un atteggiamento ottimista? "Ooooh sì", risponde Gabor Kovacs, scuotendo la testa. Perseveranza? "Ooooh sì!", dice, "è necessaria una perseveranza inflessibile". E oltre alle idee per le soluzioni, bisogna anche avere il senso della realtà per valutare quali sono realizzabili sul mercato.
Polimeri elettroattivi: da questo materiale nascono nuovi attuatori multiuso. Immagine: Empa
Cosa ha fatto la differenza - Il fatto che le cose siano andate meglio alla CTsystems è dovuto anche a una semplice circostanza, ma che Gabor Kovacs ritiene decisiva. L’ultimo punto percentuale sulla strada del successo "è assumersi personalmente il rischio", dice, "che debba funzionare!".
