Uno speciale nylon nei vestiti ricarica gli smartphone mentre cammini e ti muovi

Muoversi e produrre l'energia sufficiente a ricaricare il proprio smartphone. Non è fantascienza ma realtà grazie a uno speciale nylon

©Katharina Maisenbacher, Max Planck Institute

Muoversi e nel frattempo produrre l’energia sufficiente a ricaricare il proprio smartphone. Non è fantascienza ma realtà grazie a una nuova invenzione che arriva da un team internazionale di scienziati. Questi ultimi hanno trovato un modo per generare elettricità dal nylon, trasformando gli abiti che indossiamo in una fonte di energia.

Come funziona? Il meccanismo è semplice. Una volta intrecciate nei vestiti, le speciali fibre piezoelettriche trasformeranno l’energia meccanica in energia elettrica ogni volta che una persona si muove. E i ricercatori hanno scoperto come produrre queste fibre di nylon “intelligenti” e capaci di produrre elettricità usando il semplice movimento del corpo. Una novità che potrebbe aprire la strada a vestiti “smart” in grado di monitorare la nostra salute attraverso sensori miniaturizzati e nel frattempo ricaricare i dispositivi, come gli smartphone, senza alcuna fonte di alimentazione esterna.

La scoperta nasce dalla collaborazione tra l’Università di Bath, l’Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri in Germania e l’Università di Coimbra in Portogallo e si basa su un lavoro rivoluzionario sui nylon piezoelettrici.

Cosa significa piezoelettrico?

La piezoelettricità descrive il fenomeno in cui l’energia meccanica viene trasformata in energia elettrica. Per dirla semplicemente, quando tocchi o distorci un materiale piezoelettrico, genera una carica. Aggiungi un circuito e la carica può essere rimossa, immagazzinata in un condensatore e quindi utilizzata, ad esempio per alimentare il tuo telefono cellulare.

Allo stesso modo, se si indossano indumenti piezoelettrici, come una maglietta, anche un semplice movimento come oscillare le braccia causerebbe distorsioni nelle fibre dell’indumento sufficienti a generare elettricità.

“C’è una crescente domanda di tessuti elettronici intelligenti, ma trovare fibre economiche e prontamente disponibili sotto forma di materiali elettronici e adatte agli indumenti moderni è una sfida per l’industria tessile” ha detto il prof. Kamal Asadi del Dipartimento di Fisica di Bath, che ha guidato lo studio. “I materiali piezoelettrici sono buoni candidati per la raccolta di energia dalle vibrazioni meccaniche, come il movimento del corpo, ma la maggior parte di essi sono in ceramica e contengono piombo, che è tossico e rende difficile la loro integrazione nell’elettronica indossabile o nei vestiti”.

Gli scienziati sono consapevoli delle proprietà piezoelettriche del nylon sin dagli anni ’80 e il fatto che questo materiale sia privo di piombo e non tossico lo ha reso particolarmente attraente. Tuttavia, secondo il professor Asadi, il tessuto setoso e artificiale spesso associato a magliette economiche e calze da donna è

“un materiale molto difficile da maneggiare. La sfida è preparare fibre di nylon che mantengano le loro proprietà piezoelettriche”, ha detto.

Nella sua forma polimerica grezza, il nylon è una polvere bianca che può essere miscelata con altri materiali e quindi modellata in una miriade di prodotti, dai vestiti alle setole dello spazzolino da denti agli imballaggi alimentari e alle parti di automobili. Ma quando si riduce a una particolare forma cristallina diventa piezoelettrico.

Il metodo usato per creare questi cristalli di nylon è quello di scioglierlo e raffreddarlo rapidamente ma questo processo si traduce in lastre spesse che sono piezoelettriche ma non adatte agli indumenti. Il nylon dovrebbe essere dunque ridotto a un filo per essere tessuto o a una pellicola sottile da utilizzare nell’elettronica indossabile.

Si pensava che la sfida di produrre sottili film di nylon piezoelettrico fosse insormontabile e l’entusiasmo iniziale per la creazione di indumenti in nylon piezoelettrico si trasformò in apatia, con il risultato che la ricerca in questo settore si fermò negli anni ’90.

Ma il professor Asadi e Saleem Anwar, un ingegnere tessile, hanno adottato un approccio completamente nuovo e hanno sciolto la polvere di nylon in un solvente acido. Così hanno scoperto che mescolando la soluzione acida con l’acetone (una sostanza chimica nota come diluente per vernici o solvente per unghie), sono stati in grado di sciogliere il nylon e quindi estrarre l’acido in modo efficiente, lasciando la pellicola di nylon in un fase piezoelettrica.

“L’acetone si lega fortemente alle molecole di acido, quindi quando viene fatto evaporare dalla soluzione di nylon, porta con sé l’acido. Quello che i rimane è il nylon nella sua fase cristallina piezoelettrica. Il passo successivo è trasformare il nylon in filati e poi integrarlo nei tessuti. “

Lo sviluppo di fibre piezoelettriche è un passo importante verso la possibilità di produrre tessuti elettronici con applicazioni importanti nel campo dell’elettronica indossabile. L’obiettivo è integrare elementi elettronici, come sensori, in un tessuto e generare energia solo grazie al movimento, energia poi stoccata in una piccola batteria.

“Negli anni a venire, potremmo utilizzare le nostre magliette per alimentare un dispositivo come il nostro cellulare mentre camminiamo nei boschi, o per monitorare la nostra salute”, ha detto il professor Asadi.

Lo studio è stato pubblicato su Advanced Functional Materials.

Fonti di riferimento: Bath University, Advanced Functional Materials