I sensori ragno

Gli esseri umani hanno sempre trovato nella natura una costante fonte di ispirazione. L’osservazione degli uccelli e degli insetti in volo, ha portato innovazioni nel settore aeronautico; i sensori per evitare le collisioni, si sono ispirati ai baffi dei roditori. Anche noi, in passato, vi abbiamo raccontato di particolari caratteristiche animali, studiate e riprodotte a livello industriale (vd. Super Geco cammina sull’acqua), o militare (vd. Ostriche col giubbotto antiproiettile).

I risultati recenti dimostrano che gli sforzi per comprendere ed emulare il mondo naturale, non si sono affatto esauriti. Piuttosto, sono diventati più intensi e impiegano un sempre maggior numero di gruppi di ricerca nel tentativo di scoprire regole, concetti e principi biologici che possano fungere da ispirazione per nuovi materiali, meccanismi o processi di fabbricazione.

Il capitolo più recente di questo racconto riguarda i ragni, i loro speciali organi sensoriali e un gruppo di ricerca che è riuscito a imitarli per la creazione di sensori ultra sensibili.

Sono molti gli scienziati impegnati nella ricerca e sperimentazione di sensori elettronici in miniatura. Tali strumenti sono sempre più richiesti perché potrebbero essere impiegati in molti campi, primo tra tutti il monitoraggio costante e continuo di soggetti con particolari patologie.

Nonostante tutto ciò sia già realizzabile a livelli macroscopici, fino a poco tempo fa, trovare materiali resistenti, flessibili e molto sensibili, che potessero essere inseriti in apparecchi microscopici, era considerato impossibile.

La svolta, anche in questo caso, viene dall’osservazione del mondo naturale. Due ricercatori della Seoul National University, Daeshik Kang e Mansoo Choi, studiando gli organi sensoriali dei ragni, si sono chiesti se si potessero riprodurre artificialmente le loro caratteristiche e finalmente progettare un rilevatore in grado di rispondere a nuove esigenze.

I ragni, ignari di possedere la chiave delle future discipline biomediche e delle telecomunicazioni, continuano a percepire il mondo che li circonda tramite i loro due principali organi sensoriali: la peluria che ne ricopre il corpo e delle particolari fessure situate sulle loro zampe. Grazie all’interazione tra questi organi, sono in grado di cogliere anche le più leggere vibrazioni nell’aria e, quindi, di catturare le loro prede, avvicinarsi ai compagni o sfuggire a un ospite indesiderato.

Ciò che ha attirato l’attenzione degli scienziati sono in special modo queste particolari fessure, anche dette organi liriformi, chiamati così perché formati da membrane sottili come le corde di una lira e deformabili al minimo cambiamento nell’ambiente circostante.

Per riprodurne le caratteristiche, gli scienziati, hanno costruito un sottilissimo film d platino con fessure incorporate e l’hanno poggiato su un substrato di polimero morbido. Come nei ragni, le fessure artificiali si allungavano e si piegavano in presenza di una sollecitazione meccanica (ad esempio, delle onde sonore). Il dispositivo è, poi, collegato ad una corrente elettrica che scorre attraverso il platino.

Per testare la capacità di rilevare i suoni, i ricercatori hanno attaccato il sensore ad un violino, al di sopra del foro di risonanza, e hanno lasciato che un musicista si esprimesse in “Salut d’Amor” di Elgar.

Durante l’esecuzione hanno potuto constatare che, mentre le corde del violino vibravano, il sensore vibrava all’unisono. Queste vibrazioni, infine, sono state digitalizzate e riportate in uno spettrogramma attraverso il quale si è potuto verificare che il sensore aveva registrato correttamente la frequenza armonica di ciascuna nota del pezzo.

Visti i risultati straordinari, il team di ricerca ha voluto testare la capacità del sensore di comprendere il linguaggio umano. Gli scienziati hanno fissato il sensore al collo di dieci volontari e chiesto loro di ripetere delle semplici parole come VAI, SALTA e STOP.

Confrontando la registrazione di un microfono con la registrazione del sensore ragno hanno persino notato che, benché lo spettrogramma risultante dalla registrazione al microfono apparisse disturbato, lo spettrogramma del sensore era accurato, e ciò è possibile solo grazie a un fenomeno chiamato “effetto cocktail party” grazie al quale lo strumento è in grado di filtrare i rumori di fondo inutili e concentrarsi su una sola fonte, cosa che i microfoni non sono in grado di fare.

Quest’ultima caratteristica, concordano gli autori, potrebbe essere presto utilizzata nei nostri apparecchi telefonici per avere comunicazioni più limpide anche nel traffico o in una giornata particolarmente ventosa.

“Nonostante i risultati – spiega l’ingegnere Peter Fratzl, coautore della ricerca appena pubblicata su Nature – il sensore ragno possiede ancora una performance molto inferiore a quella dell’organo naturale di riferimento”.

In fin dei conti, dobbiamo ricordarci che, l’evoluzione di questo particolare organo sensoriale risale alle origini del subphylum dei Chelicerati, cui appartengono gli Aracnidi, e la cui apparizione sulla Terra è mille volte più antica di quella degli esseri umani.

Per approfondire:

• http://www.nature.com/nature/journal/v516/n7530/full/nature14002.html
• http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2869750/New-microphone-based-SPIDER-SENSE-help-stop-mobile-phone-calls-drowned-wind.html

About The Author

Barbara Dalla Bona

Sono nata nel Gennaio del 1981, nel cuore della fredda pianura pontina, con sangue veneto e occhi siciliani. Da bambina Latina e' tutto il mio mondo, da esplorare e conquistare con una bici e un po' di fantasia ma, nell'adolescenza, la provincia si fa stretta. Inizio a viaggiare e mi conquista una Londra dinamica e multiculturale. All'universita' mi trasferisco a Roma; frequento la facolta' di Scienze Naturali e rimango affascinata, piu' di quanto non lo fossi gia', dalla magia nascosta in ogni fenomeno naturale. La mia voglia di conoscere il mondo, pero', e' irrefrenabile. Viaggio per Africa, India e America centrale finche' non decido di frequentare un anno accademico a Valencia, in Spagna. Dopo la mia laurea collaboro con il Centro di Ricerca Interuniversitario sulla Biodiversita'; nel frattempo vinco una borsa di studio post lauream per svolgere un progetto di ricerca sull'ecologia delle specie vegetali esotiche in una prestigiosa universita' californiana. E' li' che, per la prima volta, sento la nostalgia della mia pianura con i suoi laghi e le sue spiagge. Al ritorno da quella esperienza fantastica mi butto a capofitto in un progetto di educazione e interpretazione ambientale nel territorio del Parco Nazionale del Circeo; progetto in corso ed evoluzione gia' da un paio d'anni ma che da quel momento diventa la mia attivita' principale. La voglia di conoscere il mondo e il piacere di comunicarlo sono le due forze che alternativamente o spesso in congiunzione determinano ancora la rotta della mia vita.