Scoperto un materiale che potrebbe rivoluzionare l'esplorazione spaziale: resiste a temperature fino a -200°C

Un nuovo materiale con memoria che non si congela nel freddo dello spazio potrebbe rivoluzionare l'esplorazione spaziale, la gestione dell'idrogeno liquido e i sistemi criogenici del futuro.

Interruttore termico. — Interruttore termico meccanico in lega a memoria di forma Cu-Al-Mn. Crediti: Shunsuke Sato, Hirobumi Tobe et al.

Non c'è posto più freddo dello spazio profondo. A temperature di decine di gradi sotto lo zero, anche i materiali più sofisticati iniziano a cedere... fino ad ora, quando una nuova scoperta ha cambiato le carte in tavola.

I ricercatori giapponesi hanno creato una lega metallica che funziona anche a -200 °C e, a differenza di altre, mantiene la capacità di recuperare la forma originale dopo la deformazione – in altre parole, ha memoria, anche quando tutto il resto si congela.

Il segreto sta nella sua composizione, che è fondamentalmente una miscela di rame, alluminio e manganese. Questo trio di atomi permette al materiale di subire una modifica strutturale reversibile, permettendogli di "ricordare" com'era prima di essere piegato o compresso, senza bisogno di motori, sensori o componenti elettronici.

L'idea non è nuova; conosciamo già i metalli a memoria di forma, ma la maggior parte smette di funzionare a -20 °C. Tuttavia, questa lega mantiene la sua capacità a temperature dieci volte inferiori, qualcosa di mai visto prima nella scienza dei materiali.

Un classico esempio di attuatore che converte l'energia in movimento all'interno di un'unità DVD con una vite di comando e un motore passo-passo. Crediti: Baran Ivo

Ciò che è più impressionante è che non solo è durevole, ma nei test condotti a 75K (circa -198°C), il materiale ha rilasciato più energia rispetto ad altri sistemi attivi, una forza che lo rende ideale per creare attuatori, interruttori termici o meccanismi che operano nel freddo silenzio dello spazio.

Una promessa per l'era dell'esplorazione spaziale

Quando si considera l'esplorazione della Luna, di Marte o dei lontani satelliti di Giove, il freddo estremo rappresenta sempre una sfida. Un meccanismo inceppato può compromettere un'intera missione. Con questa nuova lega, potremmo trovare parte della soluzione.

I ricercatori hanno costruito un interruttore termico completamente meccanico utilizzando questo materiale. Il dispositivo si attivava automaticamente al raggiungimento di una certa temperatura ed era in grado di aprire o chiudere un canale di flusso di calore senza assistenza esterna, e l'intero processo è stato completato a quasi -170 °C.

Questa capacità lo rende ideale per il controllo dei sistemi su sonde spaziali o telescopi a infrarossi, che richiedono raffreddamento ma devono anche regolare la propria temperatura senza consumare troppa energia. Pertanto, un sistema passivo e affidabile può prolungare la durata delle missioni e ridurre i costi.

Potrebbe essere utilizzato anche su satelliti in orbita bassa, dove il passaggio costante tra l'ombra e il sole causa cicli termici estremi, e un dispositivo che si adatta automaticamente a questi cambiamenti sarebbe una risorsa inestimabile per garantire il funzionamento di strumenti delicati.

Idrogeno ed energia pulita

Oltre allo spazio, questa lega potrebbe svolgere un ruolo chiave nella transizione energetica. Sappiamo già che l'idrogeno liquido è considerato un combustibile del futuro, ma deve essere immagazzinato e trasportato a temperature criogeniche, ed è qui che questo "nuovo" metallo intelligente potrebbe entrare in gioco.

Un attuatore che funziona senza elettricità, attivato solo dalla temperatura ambiente, può fungere da valvola di sicurezza nei serbatoi criogenici. Se il sistema si riscalda eccessivamente, si aprirà automaticamente, senza bisogno di sensori o intervento umano.

Gli attuatori forniscono potenti movimenti fisici convertendo energia fisica, chimica, elettrica o magnetica. Sono utilizzati in numerosi campi come meccanismi di controllo dei dispositivi.

Il telescopio spaziale James Webb opera a temperature fino a -223 °C. Crediti: NASA

Inoltre, non richiedendo componenti elettronici o collegamenti elettrici, i dispositivi basati su questa lega sono più semplici, leggeri e durevoli, il che li rende ideali per applicazioni industriali in cui la manutenzione costante non è fattibile.

Con l'avvento delle tecnologie verdi, disporre di meccanismi automatici che funzionino a temperature estreme potrebbe fare la differenza, poiché renderebbe i sistemi a idrogeno non solo più sicuri, ma anche più economici e affidabili.

Un metallo che agisce come un muscolo e pensa come una macchina

Ciò che rende questa lega unica non è solo la sua resistenza al freddo, ma anche il suo comportamento quasi biologico, come se avesse una memoria muscolare. Inoltre, il materiale risponde alle variazioni termiche con movimenti precisi, utili e ripetibili.

La chiave sta nella sua struttura interna e nel suo funzionamento a determinate temperature, dove i suoi atomi si riorganizzano, generando una trasformazione di fase. È questo cambiamento che produce resistenza e permette al metallo di tornare alla sua forma originale, come se avesse un comando inciso al suo interno.

Gli scienziati hanno anche scoperto di poter regolare questa temperatura critica modificando il rapporto tra alluminio e manganese. Pertanto, con poche variazioni percentuali, possono progettare interruttori che si attivano esattamente nel punto necessario, senza margine di errore.

Senza dubbio, questa scoperta apre una vasta gamma di possibilità, dai sistemi di raffreddamento spaziale a nuove forme di automazione sulla Terra. Un metallo che "ricorda" la sua forma potrebbe diventare il muscolo invisibile delle tecnologie future, già oggi.