A CACCIA DEL MATERIALE PERFETTO
Di primo acchito, potremmo pensare che un buon materiale, per un veicolo, debba essere leggero e resistente, e questo in parte è vero. Però non basta. Il materiale perfetto non lo è solo in senso assoluto, ma va calato nel contesto di utilizzo. Quali sono le sollecitazioni a cui è sottoposto? Va a diretto contatto con agenti atmosferici? Qual è la sua aspettativa di vita? Da questa moltitudine di parametri deriva la scelta di un buon materiale per un determinato scopo e questo è particolarmente vero nella progettazione di un’auto.
Un cocktail di parametri In questo settore quelli più utilizzati sono metalli e polimeri, le cui caratteristiche sono perfette per sfrecciare su strada a tutta velocità. Due, però, sono le principali variabili a cui gli ingegneri guardano per selezionare i metalli e i polimeri più adatti tra i possibili candidati: resistenza specifica e rigidità specifica. Queste due, combinate tra loro, ci danno una chiara idea di come si comporterà un dato materiale sottoposto a forti sollecitazioni. Semplificando, ci diranno fino a quanto possiamo sollecitare un componente prima che si rompa. Il materiale perfetto, dunque, ha sia resistenza che rigidità specifiche elevate? Non è così semplice. Avere valori molto alti aiuta di certo a resistere alle piccole deformazioni, come le ammaccature, ma porta inevitabilmente a rischiare grandi fratture, quindi occorre bilanciare alla perfezione questi parametri. E ovviamente non basta: i parametri da considerare sono molti altri, prendono nomi esotici come “resistenza alla trazione” e “forza di snervamento”, e sono di dominio delle scienze dei materiali. Esistono dei grafici molto complessi per valutare la scelta migliore, ovviamente, impossibili da interpretare dagli occhi di noi poveri umani e materia di studio quotidiano da parte di scienziati e ingegneri. Il concetto di base, questo sì a noi più comprensibile, è che il materiale perfetto deve essere certo leggero e resistente, ma anche elastico a sufficienza per garantire piccole deformazioni, ma non troppo, in modo da non trasformare un veicolo in una palla di gomma. Sarebbe certo divertente da vedere, molto meno da guidare. Del resto, un materiale perfetto dovrebbe essere in grado di deformarsi, poco o tanto che sia, in un lasso di tempo adeguato, per evitare rotture improvvise e, al tempo stesso, per evitare che il guidatore avverta anche le minime sollecitazioni. Abbiamo solo sfiorato l’argomento, ma adesso vi è chiaro che la caccia al materiale perfetto ricorda le peripezie di Indiana Jones alla ricerca dell’Arca Perduta.
I ricercatori, in questo settore, tuttavia, non indossano una mise da archeologi. Semmai, oltre al camice d’ordinanza in laboratorio, è più probabile vederli indossare una tuta spaziale.
Analisi tra le stelle Spazio e ricerca dei materiali sono un binomio vincente ormai da tempo e il motivo è chiaro: le condizioni di lavoro di un materiale, tra le stelle, sono talmente estreme da non poter essere replicate sulla Terra. E una ricerca in questo senso porta vantaggi enormi non solo nella progettazione spaziale ma anche in quella dei veicoli sviluppati per correre sulle strade del nostro pianeta. È per questo, per esempio, che la Nasa ha ideato il MaterialsLab. Un nome che è già tutto un programma e che indica un laboratorio presente sulla International Space Station dedicato proprio alle scienze dei materiali. «Stiamo creando una nuova opportunità per sviluppare esperimenti sui materiali e condurre analisi per condividere poi ricerche e dati con la comunità scientifica», racconta Marshall Porterfield, Direttore della ricerca alla Nasa.
Il Materials Science Laboratory (Msl) è un modulo sviluppato dall’European Space Agency per la Iss che serve proprio per esperimenti sui materiali in condizioni di scarsa o nulla gravità.
È installato direttamente nel laboratorio Destiny dell’International Space Station e le sue apparecchiature sono coinvolte su diversi fronti. Tra questi, la solidificazione di metalli e leghe, sviluppo di semi-conduttori, ricerca sulle proprietà termo-fisiche di leghe, indagini su polimeri e ceramiche. Déjà-vu? Esatto: queste ricerche… stellari sono ovviamente legate all’ingegneria aero-spaziale ma il laboratorio si muove anche in base alle richieste dell’industria. Così, la prossima volta che guideremo un’auto apprezzandone la manovrabilità, la leggerezza e la resistenza, ci sentiremo anche un po’ astronauti.