Sapere Scienza

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La matematica apre le porte alla stampa 4D

9 Febbraio 2018

L’invenzione della stampa 3D è stata un grande passo avanti nello sviluppo della tecnologia applicata in numerosi ambiti, dall'ingegneria alla farmacia, per passare alle biotecnologia e alla medicina: basti pensare al bioprinting, la riproduzione di tessuti e organi per i trapianti. Un ulteriore progresso è stato compiuto attraverso uno studio matematico tutto italiano che ci permetterà di realizzare stampe 4D.

 

La stampa 4D

 

Con la stampa 3D è possibile costruire oggetti tridimensionali partendo da un modello digitale in tre dimensioni, che può essere progettato con software dedicati oppure costruito con dati ottenuti da un’analisi effettuata con un laser scanner. La stampa 4D aggiunge una nuova dimensione: il tempo. L’obiettivo è progettare e realizzare materiali che, una volta stampati, possano modificarsi a seconda, ad esempio, degli stimoli provenienti dall’ambiente, strutture la cui evoluzione possa essere programmata. Pasquale Ciarletta, professore associato del Laboratorio MOX (Modellistica e calcolo scientifico) del Dipartimento di Matematica del Politecnico di Milano, con il suo ultimo studio ha risolto un problema matematico di fondamentale importanza per lo sviluppo di questa avveniristica tecnologia.

 

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Lo studio su Nature Communications

 

Il lavoro intitolato "Matched asymptotic solution for crease nucleation in soft solids", pubblicato su Nature Communications, fornisce nozioni basilari riguardanti il controllo della formazione di pieghe localizzate in materiali “molli”. I risultati raggiunti permetteranno la fabbricazione a basso costo di oggetti soffici, con forma programmabile e modificabile, di differenti scale di grandezza. Le applicazioni saranno molteplici, dall’ingegneria alle scienze biologiche. In che modo la stampa 4D potrà supportare settori apparentemente così lontani?

 

A cosa serve la stampa 4D?

 

Le conoscenze teoriche raggiunte grazie a questa ricerca sono di grande interesse in campo ingegneristico, per la realizzazione di dispositivi che possano adattarsi alla morfologia di una superficie ma anche in biologia, per spiegare la comparsa spontanea di determinati pattern durante la morfogenesi dei tessuti: dalla formazione delle rughe sul nostro volto, a quella delle convoluzioni del cervello o delle metastasi tumorali. Inoltre, in un futuro prossimo, saremo in grado di produrre circuiti elettronici flessibili che potranno anche essere indossati, materiali intelligenti che adattano le proprie funzioni all'ambiente circostante, dispositivi biomedici integrati in un microchip e oggetti microscopici con capacità di auto-assemblarsi.

 

 

Immagine di copertina: una stampante 3D all’opera. Credits: Jonathan Juursema (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

copertina   settembre-ottobre 2018

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