Una barra di gomma morbida con tre lampadine ha mostrato come un gel attivato dalla luce possa passare da isolante a conduttore. La luce puntata sulle prime due postazioni della barra le ha rese conduttive e le relative lampadine si sono accese. La terza postazione non ha ricevuto luce, è rimasta non conduttiva e la sua lampadina è rimasta spenta.
La dimostrazione arriva da ingegneri del MIT e da alcuni colleghi, che riportano come il materiale diventi 400 volte più conduttivo quando viene esposto alla luce. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Communications nel 2026 come articolo ad accesso aperto intitolato "Soft photo-ionotronics".
Ioni al posto degli elettroni
Il materiale appartiene al campo dell'ionotronica, che trasferisce i dati con gli ioni, cioè molecole cariche, anziché con gli elettroni. L'elettronica basata sugli elettroni è ormai consolidata. L'ionotronica è ancora in fase di sviluppo, con una grande eccezione: i sistemi viventi. Le cellule del corpo comunicano con ioni che vanno dal potassio al sodio.
Questa sovrapposizione spiega perché il settore interessa i progettisti di dispositivi. I tessuti viventi sono in generale morbidi e cedevoli, mentre l'elettronica convenzionale è dura e rigida. L'ionotronica può fare da ponte tra i due mondi. Tra le applicazioni indicate dal team ci sono la tecnologia indossabile soffice e le interfacce uomo-macchina, insieme ai dispositivi biocompatibili e alla robotica soft.
Altri gruppi hanno già realizzato materiali ionotronici ad alta conducibilità, in cui gli ioni si muovono rapidamente. Tuttavia, una volta prodotto il materiale, queste conducibilità non possono più essere controllate. L'approccio del MIT aggiunge un elemento di controllo: è la luce a decidere dove e quando il materiale conduce.
"Abbiamo individuato un meccanismo per controllare in modo dinamico la popolazione locale di ioni in un materiale soffice", afferma Thomas J. Wallin, John F. Elliott Career Development Professor presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del MIT, che ha guidato il lavoro. Secondo Wallin, ciò potrebbe consentire un sistema capace di adattarsi da solo agli stimoli ambientali, in questo caso la luce. Il sistema potrebbe cambiare automaticamente al variare della luce, aprendo la strada a un'elaborazione complessa dei segnali nei materiali soffici.
Come si realizza il gel
L'ingrediente chiave è una classe di materiali chiamati fotogeneratori di ioni (photo-ion generators, o PIG). Da soli, i PIG possono diventare circa 1.000 volte più conduttivi se esposti alla luce. Il team aveva bisogno di un modo per inserirne uno all'interno di una matrice morbida ed elastica.
Hanno scelto la gomma poliuretanica. I ricercatori hanno prima sciolto una polvere di PIG in un solvente, poi hanno usato un metodo di rigonfiamento per far penetrare il PIG disciolto nella gomma. Secondo la descrizione del lavoro contenuta nell'articolo, il team ha ottimizzato questo processo.
"Quello che facciamo è usare la luce per far passare un materiale soffice da isolante a qualcosa che è 400 volte più conduttivo", afferma Xu Liu, primo autore dell'articolo. Liu è un'ex ricercatrice postdoc del MIT in scienza e ingegneria dei materiali e presto sarà assistant professor al King's College di Londra.
Il circuito della dimostrazione mostra come appare questo interruttore nella pratica. Un elettrodo di rame è fissato all'estremità sinistra di una barra rettangolare di gel. Uno stilo e una rete metallica collegata uniscono l'elettrodo a tre postazioni sulla barra. Ogni postazione illuminata è diventata conduttiva e ha alimentato la propria lampadina. Quella non illuminata no.
Gli altri autori sono Steven M. Adelmund, Shahriar Safaee e Wenyang Pan, tutti indicati come afferenti a Reality Labs di Meta.
Limiti e prossimi passi
Nel materiale descritto finora, la variazione di conducibilità è irreversibile. Una volta che la luce ha attivato una regione, questa resta attiva. Liu è fiduciosa che le versioni future possano commutare avanti e indietro tra stato isolante e stato conduttivo.
Il materiale attuale usa un solo tipo di PIG, un solo polimero e un solo solvente. Esistono molti altri tipi di tutti e tre, il che, secondo Liu, lascia un grande potenziale per materiali soffici sensibili alla luce più performanti.
Il team vuole anche cambiare l'innesco. Liu afferma che il gruppo è stimolato a sostituire la luce con altri stimoli ambientali, come il calore o il magnetismo. Descrive il potenziale di un sottocampo che chiama soft photo-ionotronics e dice che il gruppo è entusiasta all'idea di nuove macchine soffici per dispositivi indossabili, interfacce uomo-macchina, robotica e biomedicina.
Cosa significa per la robotica soft
La caratteristica più utile è il controllo spaziale. La luce può essere diretta su una sola regione della barra lasciando intatta quella vicina, come mostra il circuito a tre postazioni. Per i robot soft, che di solito non dispongono delle schede rigide e dei cablaggi su cui si basano i robot tradizionali, un materiale strutturale che si può modellare con la luce offre una via per instradare i segnali attraverso la struttura stessa.
Il confronto con i precedenti lavori sull'ionotronica emerge chiaramente dai fatti. I materiali esistenti offrono già un rapido movimento degli ioni, ma la loro conducibilità è fissa. Questo gel rinuncia a quello stato fisso in cambio di uno commutabile. La variazione di 400 volte nella gomma è inferiore a quella di circa 1.000 volte osservata nei soli PIG. Questo divario suggerisce che parte del contrasto di conducibilità si perda quando il PIG è inglobato nel poliuretano, anche se lo studio non ne spiega il motivo.
Diversi aspetti restano da dimostrare. L'irreversibilità è il limite maggiore. Un interruttore a senso unico va bene per un circuito configurato una sola volta, ad esempio per "scrivere" un percorso conduttivo in una barra. Non va bene invece per un sensore o un elemento logico che deve cambiare stato più volte. Liu si aspetta che la reversibilità sia possibile, ma non è stata dimostrata in questo materiale.
Lo studio non riporta nemmeno la rapidità di risposta del materiale né la durata dello stato conduttivo. Non fornisce dati sull'estensibilità né sulle prestazioni all'interno di un corpo robotico che si deforma. La biocompatibilità è citata come obiettivo generale dell'ionotronica, non come risultato per questo specifico gel. Saranno queste proprietà a stabilire se il gel attivato dalla luce andrà oltre la dimostrazione di laboratorio.
Anche il risultato ottenuto con una sola formulazione ha due facce. È un test limitato di uno spazio di progettazione con molte combinazioni non ancora provate di PIG, polimero e solvente. Potrebbe esistere una formulazione migliore, ma finora nessuna è stata mostrata. L'idea che il lavoro possa fondare un nuovo sottocampo poggia su questo spazio ancora aperto, non su prestazioni misurate su più materiali.