© PST Galileo - Novembre 2010

Percezione, sicurezza, visibilità:il ruolo dei materiali

La percezione dello spazio è il risultato della sintesi data dall’elaborazione dell’informazione sensoriale. I cinque sensi, vista, tatto, olfatto, udito, gusto sono dunque gli strumenti che possediamo per “captare l’informazione”; dato che noi tutti non abbiamo questi sviluppati allo stesso modo e comunque nel complesso essi vengono coinvolti in modo diverso da ciascuno di noi, risulta evidente come la lettura e elaborazione dell’informazione sia soggettiva. Inoltre, le elaborazioni a posteriori del dato sensibile vanno a costituire quelle “rappresentazioni” della realtà che permettono di semplificare e uniformare la lettura, cioè di individuare strutture che rendono possibile una interpretazione omogenea. Brevemente, nel rapporto tra soggetto e oggetto, la percezione degli isomorfismi tra due strutture note è ciò che crea i significati della mente umana, a sua volta la percezione dell’isomorfismo porta alla creazione del significato e quindi all’interpretazione finale.

Risulta dunque opportuno chiedersi come l’interpretazione finale possa cambiare quando i cinque sensi sono coinvolti dal soggetto in modo non usuale, quando ad esempio vi siano abilità diversificate o qualcuno dei sensi non sia coinvolto; è stato stimato che la vista raccolga l’83% dei dati sensibili e l’udito circa il 10%: come può cambiare dunque la percezione e l’interazione con lo spazio nel caso in cui la vista non sia coinvolta? In quest’ottica di riflessione ci si può porre l’interrogativo anche di capire il ruolo che possono avere materiali e tecnologie nell’influenzare la

lettura dell’informazione, ad esempio semplificandola, o agevolandola. La riflessione ben si pone in un contesto più ampio legato alla progettazione di spazi abitativi e la produzione di arredi, là dove l’impiego di opportuni materiali possa consentire un miglioramento della qualità della vita per persone con esigenze e abilità diversificate.

Alla luce delle considerazioni fatte, è significativo considerare l’elettronica come strumento utile, oggi si può parlare di tecnologie “flessibili” che possono essere conformate a strutture o oggetti dalle forme più varie consentendo allo stesso tempo una interattività con gli ambienti.

E’ il caso ad esempio della elettronica applicata ai tessuti che ha permesso la creazione di veri e propri mini laboratori di biomeccanica: si possono integrare nell’abbigliamento dispositivi di diverso tipo come cardiofrequenzimetri, misuratori della frequenza respiratoria o misuratori di pressione del piede e delle scarpe sul terreno (pronazione del piede), senza limitare la libertà di movimento. In questo modo ecco che strumenti che solitamente vengono utilizzati per un preciso scopo, come la scarpa che serve per camminare, acquistano funzionalità diverse o diventano addirittura nuove periferiche di comunicazione. Una recente applicazione è quella dell’integrazione di microsensori in guanti, questo consente di ottenere un guanto in grado di trasmettere un segnale soltanto con il movimento delle dita.

San Giovanni al Natisone - 24 Novembre 2010Relatore Ing. Eva Tenan, MaTech – PST Galileo

Guanto interattivoStretchable silicon

© PST Galileo - Novembre 2010

Oggi la comunicazione e interazione con l’ambiente è possibile grazie a sistemi che prevedono l’integrazione di pellicole conduttive, esse, integrate tra due vetri, rendono il vetro “intelligente”: superfici interattive (vetri e tavoli interattivi) consentendo la trasmissione di un segnale, oppure vetri pensati principalmente per la privacy degli ambienti sono costituiti da un vetro laminato che al tocco di uno ‘switch’ è in grado di variare il proprio aspetto da trasparente a opaco garantendo la discrezione (switch on per vetro trasparente/switch off per vetro opaco). Quest’ultimo viene utilizzato principalmente in ambienti interni per separare o dividere spazi, ad esempio per porte, pareti divisorie, porte scorrevoli, ma anche in ambienti esterni come facciate di edifici (vetrine per esempio); la variazione di trasparenza è regolabile ed è resa possibile grazie alla presenza di un film a cristalli liquidi: senza impulso elettrico le molecole di cristallo liquido sono disposte in modo disorientato (configurazione ‘off’, opaco), all’attivazione di corrente elettrica le molecole si dispongono in modo orientato (configurazione ‘on’, trasparente).

Oltre a questo viene prodotto anche un vetro con possibilità di retroproiezione. Ancora, sandwich formati da due lastre di vetro tra le quali viene laminata una resina conduttiva con integrati dei LED (Diodi Emettitori di Luce), anche colorati, creano un effetto di luce sospesa dentro il vetro; oppure l’applicazione a questo sandwich di un trasduttore consente di trasformare l’intera superficie in un altoparlante. Tale caratteristica nei vibrotrasduttori è resa possibile dall’utilizzo di una lega metallica magnetostrittiva denominata Terfenol-D in grado di trasferire o convertire energia magnetica in lavoro meccanico e viceversa. La lega è in grado di espandersi e contrarsi se sottoposta a magnetizzazione fino a 20.000 volte al secondo. Questo permette di convertire un segnale audio in vibrazione (onda meccanica) che può essere trasferita ad un materiale solido in modo tale da rendere tutta la superficie

un diffusore uniforme del suono. Le superfici possono essere in vetro ma anche granito, legno, materiale plastico come plexiglass, e composito. In questo modo muri, vetrate, tavoli, finestre, laminati possono essere convertiti in altoparlanti.

Altre tecnologie luminose sono flessibili e sono realizzate in nastri o lastre leggere di piccolo spessore, sagomabili, pieghevoli e all’occorrenza autoadesive. Con questa tecnologia si produce una luminosità fredda di intensità paragonabile a quella di un neon. Sono spesso impiegate per migliorare la visibilità degli ambienti.

Nell’ambito della comunicazione/interazione, si può pensare anche che l’impiego di strumenti che provengono da campi dove sono già utilizzate tecnologie per l’autonomia e l’integrazione delle persone disabili possano essere impiegate in modo intelligente in ambiente domestico. L’attenzione potrebbe ad esempio essere rivolta verso i “Puntatori Oculari” o “eye tracking” che permettono ad una persona che concentra lo sguardo su uno schermo di “scegliere”, con il solo movimento degli occhi, un tasto, una lettera, una frase: sono, semplificando, dei “mouse” oculari che una volta calibrati sulla singola persona consentono, a chi é in grado di muovere solo gli occhi, di comunicare con il mondo. Vengo utilizzati attualmente come ausili di grandissima importanza per le persone colpite da gravi patologie neurovegetative come la SLA (Sclerosi Laterale Amiotrofica), da sindromi post traumatiche per lesioni cervicali alte che comportano una completa tetraparesi. Per queste persone, pur mantenendo inalterate le capacità cognitive e le funzioni cerebrali superiori, il movimento degli occhi resta l’unico movimento possibile e, grazie a questi strumenti diventa possibile esplicare alcuni es¬senziali bisogni di autonomia: comu-nicare, lavorare, divertirsi, passare il tempo libero e controllare il proprio ambiente di vita.

Tessuti luminosiVetro con i led

© PST Galileo - Novembre 2010

Attraverso una telecamera digitale ad altissima risoluzione viene analizzato il movimento dell’occhio, ed in particolare la posizione della pupilla, che successivamente viene elaborato da un apposito software per calcolare la posizione dello sguardo rispetto ad un oggetto o ad una posizione sul display del computer. Le principali funzio¬ni che si possono controllare con gli occhi grazie ai puntatori oculari sono: comunicare at¬traverso linguaggi iconici alter¬nativi al logico verbale con uscita in voce; scrivere attraverso una tastiera virtuale con uscita in voce (sintesi vocale); controllo ambientale, cioè con¬trollare funzioni dell’ambiente di vita quali campanelli di chiamata, telefono, luci; intrattenimento, come giochi; emulatore di mouse, cioè la pos¬sibilità di controllare completa¬mente il sistema operativo di un computer magari per essere ca¬paci di gestire il proprio vecchio PC controllato fino al giorno prima attraverso altri dispositivi.

Un altro argomento molto importante riguarda l’ergonomia e il mondo dei materiali che consentono la migliore e più soddisfacente interazione tra gli oggetti e le tecnologie e l’individuo. Meritano nota da questo punto di vista i Polimeri a Memoria di Forma. I materiali a memoria di forma appartengono all’ampia e diversificata famiglia degli ‘smart materials’ o ‘materiali intelligenti’, che si differenziano da quelli tradizionali per particolari proprietà che si evidenziano a seguito di stimoli esterni, quali ad esempio la temperatura, la pressione, la luce, l’umidità o il pH. I Polimeri a Memoria di Forma (PMF) sono resine che, a partire da granuli per lo stampaggio ad iniezione e ad estrusione o da liquidi/soluzioni per rivestimenti superficiali/impregnazioni, possono

essere lavorate per ottenere oggetti di qualsiasi forma e caratterizzati dalla proprietà chiamata “Memoria di Forma”. Sono così definiti perché se, partendo da uno stato iniziale “A”, vengono riscaldati superando la temperatura di transizione vetrosa (Tg), passano rapidamente da uno stato rigido ad uno più morbido e malleabile, che può essere quindi modificato a piacere; se subiscono un raffreddamento, la nuova forma impressa resta ‘congelata’ e quindi mantenuta (stato “B”); nel caso in cui venga nuovamente fornito del calore, il materiale perde la forma raggiunta nello stato “B” e, come se avesse una memoria, torna esattamente alla sua configurazione originale che, raffreddandosi, si irrigidisce nuovamente. A questo punto il polimero è pronto per un nuovo ciclo di cambiamento di forma. Questa trasformazione può avvenire n-volte senza che le caratteristiche di ‘memoria’ vengano perse: il recupero della forma è assicurato infatti al 100% a meno che lo stato “B” sia ottenuto per stiramento lineare con superamento del limite elastico del materiale.

Spesso i polimeri a memoria di forma vengono sfruttati non solo per le loro proprietà di ritorno alla forma iniziale, che prevede il passaggio intermedio allo stato “B”, ma anche per la caratteristica di essere ‘plasmabili’ ad un valore utile di temperatura, che, ad esempio, in molte applicazioni può coincidere con quello corporeo; in quest’ultimo caso quindi si sfrutta solamente il passaggio dallo stato “A” a quello “B”. Nessun altro polimero, tra quelli tradizionali, evidenzia un comportamento simile a temperature così basse. Sfruttati inizialmente per un impiego nel settore aerospaziale, oggi prevedono utilizzi nei settori industriali più vari.

Forchetta per disabili con impugnatura inPolimero a Memoria di Forma, forma stabile

Forchetta per disabili con impugnatura inPolimero a Memoria di Forma, forma modificata

© PST Galileo - Novembre 2010

Grazie alla loro biocompatibilità, alcune tipologie di resine termoplastiche sono impiegate nel settore medicale. Similmente a quanto accade con i metalli a memoria di forma, questi polimeri sono rigidi e duri a temperatura ambiente ma una volta impiantati nel corpo umano diventano più morbidi, in quanto a contatto con la temperatura corporea, e quindi offrono maggiore biocompatibilità con i tessuti umani.

Questo ha implicazioni importanti in tutti quei casi in cui è richiesta un’elevata adattabilità ad una data struttura anatomica una volta che l’impianto è inserito nel corpo. Sono già in produzione delle cannule intravenose realizzate con questi polimeri e il vantaggio che ne deriva è immediato; il paziente è infatti molto più libero nei movimenti, anche bruschi, dato che nel suo corpo sono presenti elementi non rigidi ma dotati di elasticità simile a quella dei tessuti corporei.

La versatilità dei processi produttivi applicabili (iniezione e estrusione) permette di ottenere dispositivi dalle forme complesse e miniaturizzate, ottimizzate per l’inserimento nel corpo umano; oppure, sfruttando la proprietà di memoria di forma, si possono ricavare forme molto più complesse a partire da forme semplici, come tubi, filamenti, tondini o film.

La biocompatibilità viene sfruttata per la realizzazione di cinturini per orologi da polso che, del tutto personalizzabili, si avvolgono attorno al polso partendo da una forma piatta. Sono state realizzate anche impugnature di forchette per disabili che possono adattarsi alla forma della mano a fronte di un minimo riscaldamento, mantenendo la sagoma impressa fintantoché la posata non venga posta in lavastoviglie – o lavata in acqua calda - dove, per effetto termico, torna alla configurazione iniziale ed è quindi pronta per un nuovo utilizzo da parte magari di un utente differente. I Polimeri a Memoria di Forma, pur essendo già presenti sul mercato con diverse tipologie di prodotti, sono dei materiali nuovi e il loro sviluppo continua ancora oggi per poter individuarne caratteristiche, forme e possibili altre applicazioni. Infatti le loro particolari proprietà, uniche nel mondo delle plastiche, fanno sì che siano infiniti gli utilizzi ancora possibili, spaziando da prodotti di uso comune, realizzati con tecniche industriali standard, ad elementi funzionali di giunzione ‘intelligente’, a pezzi dotati di buona ergonomia o semplicemente strumenti per migliorare le prestazioni o il comfort del prodotto in cui sono inseriti.

Restiamo quindi con lo sguardo rivolto a questi materiali e attenti alle innovazioni di prodotto che le prime applicazioni preannunciano già numerose e diversificate.

Schiume ergonomicheGel e polimeri soft touch