Dopo che oltre quarant’anni fa l’uranio impoverito ed esausto fece la sua comparsa nelle costruzioni aeronautiche con un limitato impiego quali masse di bilanciamento di alcuni comandi di volo su certi jumbojets è ora recentissima la notizia dell’inizio dell’utilizzo dei nanomateriali - già adoperati in diverse produzioni industriali (calcolatori elettronici – medicina interna – cosmetica – energia) anche in aviazione.
Sono definiti come nanomateriali quei materiali che hanno componenti strutturali con almeno una dimensione nell’intervallo 1-100 nm, sono il prodotto della “Nanotecnologia”, che è lo studio dei fenomeni e della manipolazione dei materiali a livello atomico e molecolare.
Un po’ di … nanocoltura
Il Micrometro (µm) è l’unità di misura della lunghezza corrispondente ad un milionesimo di metro (cioè millesimo di millimetro) ed equivale a 1.000 nanometri (nm).
La Nanotecnologia si riferisce a lunghezze dell’ordine di pochi “passi reticolari”. Un “passo reticolare” è la distanza che separa i nuclei atomici di un solido. Tanto per essere comprensibili diremo che la capocchia di uno spillo di 1 millimetro equivale 1 milione di nanometri.
I nanomateriali possiedono caratteristiche fisiche prima insospettate. Infatti, fin che si resta nell’ordine dei metri o dei decimi di millimetro, le caratteristiche fisiche della materia restano costanti, ma nella “nanodimensione” tutto cambia e se si scende nella “scala nano” i comportamenti conosciuti in fisica possono venir descritti soltanto utilizzando leggi ed equazioni che appartengono alla meccanica quantistica; il comportamento cioè diventa spesso anti-intuitivo, difforme dalla aspettative basate sull’ esperienza macroscopica. Ad es. il cubetto di ghiaccio che normalmente ha il punto di fusione a 0° C. a prescindere dalle sue dimensioni, nel caso di un nanocristallo avrà tale punto di fusione a temperatura ben inferiore in dipendenza delle sue dimensioni, ma non solo, in quanto anche altre proprietà chimico-fisiche varieranno il proprio comportamento. Insomma, in questo campo per cambiare le proprietà di un prodotto basta cambiare le dimensioni della materia che lo compone ! E questa è la chiave di volta della nonotecnologia !
Il primo riferimento alla nanotecnologia (seppur non utilizzando ancora questo termine) risale ad una lezione tenuta dallo scienziato Richard Feynman nel 1959, nella quale suggerì un modo per sviluppare l’abilità di manipolare atomi e molecole, il sistema conosciuto come “scale-down” (ovvero:- diminuzione progressiva [della materia]).
Il termine nanotecnologia fu coniato da Kim Eric Drexler che lo espose nel suo libro “Engines of creation:- The coming era of Nanotechnology” nel quale espose il concetto di autoreplicazione per i robot molecolari progettati dall’uomo, che dovrebbero replicarsi così come le cellule del corpo umano costruiscono copie di sé per riprodursi. Come conseguenza avviene che dopo gli investimenti iniziali sulla progettazione e costruzione del primo robot molecolare capace di autoreplicarsi, i costi dei successivi robot diventerebbero trascurabili.
Le nanotecnologie sono utilizzate dunque in gran varietà di campi di ricerca applicata ed il loro sviluppo apre nuove vie all’evoluzione del settore hi-tech oltre a promettere di migliorare le qualità di cosmetici, medicinali e perfino degli alimenti.
Ma se i nanotecnologi sono entusiasti ed affascinati dal mondo che essi prospettano, nanotossicologi e nanopatologi si preoccupano fortemente per la salute di lavoratori e ricercatori, ma soprattutto per le conseguenze sull’ambiente e quindi sull’uomo. Una scienziata dell’Environmental Protection Agency ha dichiarato:-«Comprendere quale pericolo si nasconde dietro queste molecole così modificate è importante poiché nei laboratori nanotech ne vengono già create milioni di tonnellate ogni anno ed è giusto conoscere se le persone che le producono materialmente corrono un qualsiasi rischio».
I nanotubi
Il prodotto che si intende introdurre in determinate parti delle costruzioni aeronautiche è il materiale “Composite nanotubes”, in breve i “nanotubi”.
Nel 1985 il chimico nordamericano Richard E. Smalley ha scoperto che, in particolari situazioni gli atomi di carbonio compongono delle strutture ordinate di forma sferica, denominate “fullereni”. Questo tipo di struttura di carbonio, a seguito di un successivo rilassamento molecolare, tende ad arrotolarsi su se stessa, ottenendo la tipica struttura cilindrica denominata appunto “Nanotubi di carbonio”.
Questi nanotubi possono esser considerati, analogamente al “fullerene”, come una delle forme allotropiche del carbonio, termine che in chimica sta ad indicare un composto che può assumere forme cristalline diverse e quindi manifestare proprietà fisiche e fisico-chimiche differenti.
Un nanotubo di carbonio inoltre è cento volte più resistente di un analogo filo d’acciaio e sei volte più leggero di questo. Pertanto, con materiali di questo genere è difficile trovare limiti di applicazioni. Perfino il loro costo non è più un problema: un kg. di nanotubi costava 500 Euro nel 2002 e 80-100 Euro nel 2010.
Perché utilizzarli in aviazione?
Questo è proprio ciò che rende preziosi i nanotubi, ovvero il materiale nanotecnologico, utilizzato ora nelle costruzioni aeronautiche, dato che i “compositi in nanotubi di carbonio” hanno rivelato di possedere spiccate proprietà e caratteristiche di schermaggio dalle “Interferenze elettromagnetiche – EMI” gli apparati elettronici ed i cablaggi elettrici degli aeromobili.
Finora le baie elettroniche dei velivoli commerciali e tutte le matasse dei cablaggi elettrici degli aeromobili venivano protette affogandole, come soluzione e nei limiti del possibile all’interno di materiali compositi non-conduttori, ma non era la soluzione ottimale, perché il metallo dei cablaggi e le fibre composite si dilatano e subiscono differenti modi di corrosione. Inoltre il metallo pesa molto (si pensi che i chilometri di cablaggi di un grande aeroplano arrivano a pesare tonnellate).
I “compositi in nanotubi di carbonio” (sigla CNT) rappresentano la possibile soluzione ideale. Il materiale CNT è un materiale conduttore e capace di canalizzare lontano qualsiasi possibile interferenza elettromagnetica proveniente dall’esterno della struttura portante.
Inoltre nelle ali dei velivoli, degli spazioplani e degli UAS, il cui bordo d’attacco deve contenere il sistema antighiaccio e di schiacciamento, ancora una volta il CNT rappresenta la soluzione ideale per il risparmio di peso e nell’evitare le conseguenze di differenti tempi e modi della corrosione dei materiali.
Considerazioni
Mentre i robot cui abbiamo in precedenza accennato, detti assemblatori per le loro capacità “genetiche”, potranno costituire in futuro oggetti più specializzati, utilizzando come materie prime per la produzione atomi, energia, software e (c’è chi azzarda), perfino il tempo, questi materiali nanotecnologici vengono di già utilizzati abbondantemente da molte industrie (metallurgia, vetraria, tessile , farmaceutica, elettronica, cosmetica, alimentare, ecc.) bisogna però anche dire che come ogni cosa creata dalla manipolazione dei materiali effettuata dall’uomo comporta anche dei rischi, i cosiddetti nanorischi.
Nanorischi ormai presi in considerazione dall’OMS – Organizzazione mondiale della Sanità – che ha aperto un progetto internazionale di ricerca sui rischi delle nanotecnologie, denominato “NanoReTox”.
Rischi che possono derivare soprattutto dall’inalazione attraverso le vie respiratorie e causare l’insorgenza di Mesoteliomi, cioè di neoplasie che colpiscono lo stato di cellule che riveste le cavità sierose del corpo (pleura, polmoni, peritoneo), esattamente come avveniva con l’amianto. Anche la nostra INAIL ha preso in considerazione questi rischi e da febbraio ha provveduto a pubblicare il suo “Libro bianco sulle nanotecnologie”.
In aviazione potranno avere effetto sui lavoratori delle costruzioni e della manutenzione, ma non solo. Infatti in caso di disastro aereo potrebbero essere esposti al rilascio di polveri sottili di nanomateriali anche i soccorritori e soprattutto gli investigatori d’incidente.
Che dire, infine?
Come tutte le cose della vita umana, a modesto parere dello scrivente, anche le tecnologie hanno i loro bravi pro e contro. Dovrebbe stare, come al solito, all’intelligenza umana, non renderle troppo esasperate, come purtroppo in aviazione è successo (e continua ad avvenire) nel campo dell’automazione !
data inserimento: Venerdì 26 Agosto 2011