Introduzione

Attualmente, non è disponibile nello stato dell’arte un dispositivo di attuazione che sia rapido e al contempo in grado di operare con consumi energetici contenuti. La soluzione qui proposta, prevede di impiegare la conversione di energia chimica, contenuta in un liquido confinato, in energia meccanica, processo intrinsecamente veloce e spontaneo che sfrutta la proprietà di un liquido metastabile di sostenere pressioni negative fino al conseguente cambio di fase.

Caratteristiche Tecniche

Il dispositivo comprende una micro-cavità, riempita con una sostanza o mezzo allo stato liquido, ad esempio acqua. Tale micro-cavità è definita da un involucro avente una parete continua, cioè senza aperture, sostanzialmente rigida. Una porzione di detta parete però, ha comportamento di membrana elastica selettivamente permeabile a ioni o molecole del liquido, che possono attraversarlo attraverso un processo di diffusione. Il dispositivo attuatore è posto in un ambiente esterno, liquido o gassoso, dove è affacciata la superficie esterna della membrana. In caso di diffusione, ad esempio a causa di evaporazione di acqua dall’interno verso l’aria nell’ambiente esterno, il decremento di pressione è tale da determinare pressioni negative nel liquido, e deformando progressivamente la membrana elastica verso l’interno. Questo cambiamento di fase nel liquido, si manifesta nella nucleazione di una o più bolle di vapore. La nucleazione di bolle determina un rapido rilassamento della membrana elastica, causando la conversione di energia elastica immagazzinata nella membrana in energia cinetica.

Possibili Applicazioni

• Settore medico, ad esempio come attuatori per endoscopia o per il rilascio di materiale terapeutico o come micropinze per afferrare materiale biologico durante una biopsia
• Settore della ricerca, ad esempio per espellere micro-agenti vicino a tessuti o singole cellule In vitro
• Settore industriale, creando sistemi combinati di attuatori, ad esempio realizzando valvole passive
• Settore ambientale, per rilevare tracce di acqua o contaminanti nel suolo.

Vantaggi

• Possibilità di generare elevate pressioni negative alla micro-scala
• Possibilità di funzionare in diversi ambienti oltre al liquido specifico o aria
• Elevata velocità di attuazione, con consumi energetici contentuti