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Una soluzione contro la spazzatura spaziale potrebbe arrivare da un oggetto che sta in ogni frigorifero, cioè il guscio d’uovo. Un gruppo di ricercatori cinesi ha messo a punto un materiale in alluminio che ne imita la geometria e la struttura, e i primi test raccontano di una capacità di assorbire gli impatti nettamente superiore rispetto alle soluzioni classiche. Il lavoro è stato pubblicato sul Journal of Applied Physics e parte da un problema concreto, che negli anni è solo peggiorato.
Nel 2007 un frammento di detrito perforò il pannello del radiatore dello Space Shuttle Endeavour, lasciando un foro con un diametro paragonabile a quello di un proiettile. Il programma Shuttle si è chiuso nel 2011, ma la quantità di rottami in orbita continua a crescere di pari passo con le costellazioni di satelliti, i telescopi e le navicelle che vengono lanciate. Un rapporto NASA del 2021 stimava circa 34.000 frammenti di oltre 10 centimetri in orbita bassa, circa 900.000 pezzi tra 1 e 10 centimetri e qualcosa come 128 milioni di frammenti sotto il centimetro. Anche le particelle più minuscole, alle velocità in gioco, possono fare danni seri.
Perché proprio i gusci d’uovo
Il fascino che i gusci d’uovo esercitano sugli scienziati non è nuovo. Per rompere un uovo serve la forza giusta applicata al punto giusto, altrimenti il guscio si sbriciola invece di aprirsi in modo pulito. Nel 2012 Pedro Reis, ingegnere meccanico del MIT, firmò uno studio che collegava la geometria ovoidale alla rigidità del guscio, parametro chiave per capire quanta forza un oggetto regge prima di cedere. Reis era arrivato al tema grazie a una dimostrazione di fisica molto popolare, quella di camminare sopra i cartoni delle uova senza romperle. Il trucco sta nell’orientare le uova con la punta stretta verso l’alto, la parte più resistente, e nel distribuire il peso su tutta la superficie in modo che nessun uovo venga sovraccaricato. Servono circa 2,5 kg di forza per romperne uno, ma dipende molto da direzione e distribuzione del carico.
Tra gli anni Cinquanta e Sessanta l’industria aerospaziale aveva già notato la cosa, usando la resistenza dei gusci come modello per le analisi di cedimento sui rivestimenti metallici degli aerei. Il merito è della struttura, simile a quella dello smalto dentale o delle conchiglie: cristalli di carbonato di calcio immersi in una matrice proteica, rinforzata da una sottile membrana interna di collagene. Qualcuno l’ha definita la confezione perfetta della natura. Più di recente Tal Cohen, collega di Reis al MIT, ha ribaltato una convinzione diffusa sul classico esperimento della caduta dell’uovo: quando conta assorbire l’urto, le uova appoggiate di lato se la cavano meglio, perché si deformano di più e trattengono più energia. Cadendo dalla stessa altezza si rompevano meno spesso di quelle in verticale.
Dallo scudo Whipple alle celle piene d’acqua
Le navicelle oggi si difendono con qualche variante dello scudo Whipple, cioè un sottile strato esterno separato dalla parete vera e propria da uno spazio vuoto. Lo strato esterno frantuma il detrito in arrivo e sparpaglia l’energia dell’impatto su una superficie più ampia. Nei decenni ne sono nate versioni con più strati o con riempimenti tra le lastre rigide.
Il gruppo cinese ha stampato in 3D tre configurazioni in alluminio: semplici piastre, sfere riempite d’acqua inserite tra due piastre e strutture a forma di guscio d’uovo, anche queste piene d’acqua. Dopo varie simulazioni di impatto a ipervelocità sono arrivati i test con cannoni a gas leggero. Le strutture a guscio hanno vinto senza discussioni, riducendo la velocità dei proiettili di quasi il 65%, contro il 51% delle sole piastre. L’acqua fa gran parte del lavoro, perché sciabordando all’interno dissipa l’energia e impedisce alle onde d’urto di propagarsi. La configurazione migliore è risultata quella con le uova in verticale e la punta stretta a contatto con la piastra superiore.
“Un singolo guscio d’uovo si rompe facilmente sotto una forza localizzata, ma il meccanismo di protezione della matrice di gusci è completamente diverso”, ha spiegato Yuxin Wang, coautore dello studio e ricercatore alla Dalian University of Technology. “La deformazione congiunta di queste strutture permette di ripartire la forza dell’impatto e dissipare meglio l’energia, aumentando in modo significativo la resistenza delle piastre”. Servono altri esperimenti per affinare il design bioispirato e migliorare l’assorbimento di energia del materiale.
Fonte: TecnoAndroid
