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lunedì 25 giugno 2012

Lo scudo di Capitan America

Dopo il rilascio, nel 2011, del film Capitan America: Il primo Vendicatore, Suveen N. Mathaudhu, ricercatore dell'esercito statunitense in scienza dei materiali, ha scritto una breve review, The Making of Captain America's Shield (pdf), dove cerca di capire se oggi siamo in grado di costruire il famoso scudo di Capitan America. Grazie a Lynne Robinson(1) e al film di Joss Whedon The Avengers, il piccolo articolo di Mathaudhu è tornato all'attenzione del pubblico.
Innanzitutto proverò a riassumente la storia dello scudo. Il prscudo era di forma triangolare, ma partire da Captain America Comics #2 (aprile 1941), venne fornito a Cap uno scudo circolare:
Un disco di metallo concavo-convesso di circa 0,76 m di diametro, è praticamente indistruttibile ed è rimasto il suo scudo più fedele per decenni.
Questo scudo venne consegnato a Steve Rogers dal presidente Franklin Roosevelt su Captain America #255 (marzo 1981)(6).
Lo scudo è stato creato da Myron MacLain durante alcuni esperimento con il vibranio, un metallo di provenienza extraterrestre introdotto in Fantastic Four #53 con la capacità di assorbire le vibrazioni(6). Un uso utile del vibranio venne fatto da Thor sulle pagine di Avengers #68 per contenere l'esplosione di un ormai sconfitto Ultron-6(5).
Durante questa stessa saga (iniziata su Avengers #66), MacLain presentò per la prima volta l'adamantio(6). Questo metallo venne creato (o scoperto) da MacLain alcuni anni dopo la costruzione dello scudo di Cap: quest'ultimo è costituito da una lega di vibranio e acciaio con un catalizzatore sconosciuto; così MacLain provò a riprodurre quell'esperimento e accidentalmente creò l'adamantio, come lo stesso scienziato racconta in Captain America #303.

E questa è la storia a fumetti della creazione dello scudo di Capitan America, e quindi possiamo dare inizio al nostro viaggio nella scienza dei materiali del nostro mondo reale, per capire, come scritto all'inizio, quanto siamo vicini alla costruzione di un materiale resistente come la lega di cui è fatto lo scudo di Cap. La prima tappa è un vetro metallico piuttosto resistente:
A causa di un'assenza di microstruttura, i materiali vetrosi sono intrinsecamente forti ma fragile, e spesso dimostrano una estrema sensibilità ai difetti. Di conseguenza, i loro difetti macroscopici non sono spesso iniziati da cedimenti plastici, e quasi sempre terminano con delle fratture. A differenza dei fragili vetri convenzionali, i vetri metallici, in presenza di un difetto, sono generalmente capaci di cedimenti plastici limitati dalla banda di scorrimento, e quindi presentano tenacità e resistenza che si trovano nelle ceramiche fragili e marginalmente nei metalli duri. Qui si introduce una lega di palladio e vetro, dimostrando una insolita capacità di schermare una fessura (...) con una tenacità paragonabile a quella dei materiali più duri. Questo risultato dimostra che la combinazione di tenacia e resistenza (ovvero tolleranza al danno) accessibile ai materiali amorfi si può estendere oltre i limiti stabiliti dai materiali più duri e forti, rendendo così la tolleranza al danno accessibile a un metallo strutturale.(2)
Il secondo passo è la creazione di due nuove leghe di alluminio, più forti delle precedenti:
In questo studio presentiamo la nuova lega 7075 Al che espande i limiti noti delle prestazioni meccaniche e fornisce una indagine completa dei livelli atomici della struttura usando una nuova tecnica ad alta risoluzione per le nanostrutture di entrambe le leghe [l'altra lega è 5083 Al] (...).
Entrambe le leghe contengono una soluzione solida, priva di precipitato, caratterizzata da:
(i) alta densità di dislocazione;
(ii) gruppi subnanometrici intragranulari di soluto;
(iii) due geometrie di scala nanometrica per le strutture del soluto;
(iv) grani delle dimensioni delle decine di nanometri in diametro.
I nostri risultati dimostrano che questa nuova architettura getta un percorso verso una nuova generazione di materiali super-forti con nuovi regime di proprietà spaziali.(3)
E infine:
(...) le scienze computazionali dei materiali nelle simulazioni e nella progettazione sono state tremendamente migliorate grazie alla crescita esponenziale della potenza e velocità di calcolo. L'accelerazione a livello mondiale di soluzioni integrate di ingegneria computazionale dei materiali (ICME) ha permesso la comprensione più dettagliata dei complessi effetti dei trattamenti sulle microstrutture che ne derivano, e quindi delle proprietà avanzate.(4)
Il viaggio è dunque concluso: abbiamo visto l'esistenza di un paio di materiali forti e resistenti che potrebbero, ad esempio, essere combinati nella costruzione di uno scudo tipo quello di Cap. Pur non avendo le stesse proprietà dello scudo ideato da Stan Lee e Jack Kirby, certamente le scienze dei materiali, anche grazie agli avanzamenti computazionali, sono in grado di realizzare una lega capace di rivaleggiare con quelle immaginate da scrittori di fumetti e di fantascienza: in fondo l'uomo, grazie alla scienza, riesce spesso e volentieri a realizzare i sogni degli scrittori!
News: newswise | msnbc
(1) Lynne Robinson (2012). The Super Materials of the Super Heroes Journal of the Minerals, Metals and Materials Society, 64 (1), 13-19 DOI: 10.1007/s11837-012-0256-x
(2) Marios D. Demetriou, Maximilien E. Launey, Glenn Garrett, Joseph P. Schramm, Douglas C. Hofmann, William L. Johnson, Robert O. Ritchie (2011). A damage-tolerant glass Nature Materials (10), 123-128 DOI: 10.1038/nmat2930
(3) Peter V. Liddicoat, Xiao-Zhou Liao, Yonghao Zhao, Yuntian Zhu, Maxim Y. Murashkin, Enrique J. Lavernia, Ruslan Z. Valiev, Simon P. Ringer (2010). Nanostructural hierarchy increases the strength of aluminium alloys Nature Communications (1) DOI: 10.1038/ncomms1062 (pdf)
(4) Suveen N. Mathaudhu, The Making of Captain America's Shield (pdf)
(5) SuperMegaMonkey's Marvel Comics Cronology: Avengers #66-68
(6) Brian Cronin. When we first met #22

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