Quando il materiale ha una memoria di ferro

Archetti metallici per apparecchi ortodontici, stent vascolari, distanziatori vertebrali. E ancora, montature superelastiche di occhiali, stabilizzatori antisismici, chiodi 'morbidi' per il restauro degli affreschi. Cosa accomuna questi oggetti così diversi? Sono tutti composti da leghe metalliche, soprattutto di rame e nichel-titanio, a 'memoria di forma', caratterizzate dalla capacità di subire deformazioni molto elevate per poi riacquistare la forma iniziale, purchè vengano sottoposti a un opportuno aumento della temperatura.

"A partire dagli anni '60, l'effetto 'a memoria di forma' è stato oggetto di studio e ricerca a livello internazionale rendendo possibile lo sviluppo di numerosi prodotti per svariati settori", afferma Ulisse Stefanelli, ricercatore dell'Istituto di matematica applicata e tecnologie informatiche (Imati) del Cnr di Pavia. "Negli ultimi anni sono state sviluppate leghe a memoria di forma ferromagnetiche (Msma), che possono essere attivate meccanicamente per effetto di un campo magnetico, senza essere toccate. Essendo però materiali molto costosi, non ancora prodotti su scala industriale e disponibili solo in laboratorio, è necessario disporre di modelli matematici efficienti per descrivere e simulare numericamente il comportamento delle Msma".

Un recente studio realizzato dall'Imati-Cnr nell'ambito del progetto europeo BioSMA, dimostra come sia possibile trovare un campo magnetico esterno 'ottimale' in modo tale che un certo oggetto in Msma compia una particolare azione, come assumere, chiudere un circuito, afferrare o rilasciare un oggetto. "Un tratto caratteristico e particolarmente delicato del comportamento delle Msma è l'isteresi, fenomeno fisico grazie a cui il comportamento di questi materiali non dipende solo dal valore del campo magnetico ad esse applicato, ma anche dai valori assunti in precedenza", spiega Stefanelli. "Matematicamente parlando, ciò comporta la necessità di considerare sistemi di equazioni dove le variabili compaiono in forma altamente non lineare, rendendo la trattazione del problema molto complessa.  Una volta trovata l'equazione apparentemente 'perfetta', bisogna elaborare un programma che permetta al calcolatore di simulare le soluzioni: solo così possiamo sapere se la scelta di partenza è stata quella giusta". Altrimenti? "Si ricomincia da capo!", rassicura Stefanelli.

L'equazione 'perfetta' studiata dalll'Imati-Cnr apre nuove prospettive per la realizzazione di sensori e dispositivi di ridottissime dimensioni da utilizzare, ad esempio, per progettare sistemi miniaturizzati e comandati a distanza per il rilascio di farmaci in situ. Oppure costruire strumenti microchirurgici attivati in remoto.

Fonte: Ulisse Stefanelli, Istituto di matematica applicata e tecnologie informatiche, Pavia, tel. 0382/548202 , email ulisse.stefanelli@imati.cnr.it -

Per saperne di più: - www.imati.cnr.it/biosma