Nanotecnologie e smart materials nell’Industria 4.0

Dall’IoT su scala nanometrica ai trattamenti superficiali innovativi sono moltissime le applicazioni delle nanotecnologie e dei nanomateriali intelligenti in Industria 4.0, per tutti i settori industriali. Grazie alla nanotecnologia è infatti possibile realizzare prodotti caratterizzati da proprietà inedite e potenziate, ottenibili modificando la struttura microscopica dei materiali piuttosto che mediante la loro lavorazione su scala macroscopica, come avviene nei tradizionali processi produttivi.

Gli analisti prevedono per nanomateriali e nanotecnologie una crescita annua del 20%, raggiungendo un fatturato di oltre 75 miliardi di dollari entro il 2025. Molti grandi centri d’eccellenza sono quindi al lavoro in questo ambito anche in Italia, come Polifab, Venetonanotech e il CNR Nanotech. Le nanotecnologie possono cambiare le tecnologie stesse di produzione, portando innovazione ad esempio in utensili, stampi e tecniche di produzione grazie all’impiego di materiali nanostrutturati e materiali intelligenti. Si pensi alla manifattura additiva, o alla realizzazione di stampi in materiale polimerico rinforzato da matrici di nanoparticelle o nanotubi di carbonio.

Si possono quindi ottenere materiali innovativi e avanzati, come materiali compositi, biomateriali, nanomateriali e materiali intelligenti – smart materials -, in grado questi ultimi di modificare rapidamente la loro struttura e le caratteristiche se sottoposti a stimoli ambientali e sollecitazioni esterne, come variazioni di temperatura, campi elettrici o magnetici o luce. Un esempio di impiego delle nanotecnologie per lo sviluppo di nuovi prodotti è dato da ArcelorMittal, che sta producendo un tipo di acciaio con nanoparticelle, che consente di realizzare travi e piastre in acciaio più sottili e più leggere. Il peso è pari a quello dell’alluminio, ma ha costi inferiori, e potrebbe cambiare le modalità di produzione delle automobili.

Un ambito in cui l’impatto delle nanotecnologie potrebbe essere tra i più trasversali è quindi l’elettronica, e la sua integrazione all’interno di materiali e prodotti, accompagnando il trend della miniaturizzazione. Già sono migliaia i prodotti che includono materiali frutto delle nanotecnologie, dagli schermi curvi alle memorie allo stato solido, ma anche Led, batterie e sistemi fotovoltaici. Tra le più interessanti innovazioni ci sono quindi l’Internet delle cose su nano scala, o anche IoNT, basato su tecnologie NEMS (Nano Electro Mechanical Systems) che aprirà le porte a nuove applicazioni nella robotica, nella medicina e nel controllo ambientale. Così come saranno possibili tecnologie radio che consentiranno di ridurre il consumo dei circuiti costruendo radio che funzionano con frequenze oggi di difficile utilizzo, come sopra i 6 Ghz, o tecnologie per comunicazioni ottiche che permettono di costruire circuiti interamente ottici per collegamento delle fibre tra di loro, senza intermediazione di circuiti elettronici.

Applicazioni innovative delle nanotecnologie potranno beneficiare quindi telecomunicazioni e informatica, come anche il settore dei trattamenti superficiali. Qui con le nanotecnologie si possono ottenere rivestimenti che simulano caratteristiche fisiche di altri materiali, o con resistenza rafforzata ad agenti atmosferici e attriti. Esempi di possibili applicazioni sono rivestimenti autopulenti, contenenti nanoparticelle idrorepellenti, rivestimenti con nanoparticelle di ossido di titanio con proprietà battericide per mantenere le superfici sterili, e rivestimenti trasparenti antigraffio, per impiego nel settore automotive per mantenere la vernice lucida più a lungo.