Invenzioni o imitazioni: la biomimetica animale

“Tutto ciò che puoi immaginare, la Natura l’ha già inventato” Albert Einstein

Questa è da sempre una delle mie citazioni preferite, ma mai mi ci ero soffermata tanto come in questi giorni. Cosa è cambiato? Mi sono imbattuta nella disciplina della BIOMIMETICA e l’ho approfondita a fondo senza rendermi conto del passare dei giorni. Tutti sanno che l’uomo “copia” la Natura per creare nuove invenzioni utili per le più disparate applicazioni, eppure la quantità di imitazioni e, soprattutto, la loro perfetta riuscita, può lasciare stupito chiunque. Ho letto così tanti esempi di biomimesi applicati all’ingegneria, all’architettura, al design ed anche alle organizzazioni sociali che mi sono trovata in seria difficoltà nell’impostazione dell’articolo e nella selezione dei casi più interessanti. Non comincerò banalmente con le prime macchine del volo di Da Vinci, piuttosto, nello spirito dell’imitazione della vita, ho scelto di presentarvi un esempio di biomimesi preso da alcuni dei più conosciuti phyla animali, rispettando la tempistica dell’evoluzione delle specie e non quella di realizzazione umana. Tutto ciò per mettere in risalto l’utilità di questa disciplina che, in pochissimo tempo, permette all’uomo di riprodurre ciò che la selezione naturale ha perfezionato e brevettato in milioni di anni, trovando soluzioni, in qualche modo garantite, al solo prezzo della loro originalità.

phylum-porifera

Swiss Re tower, Londra

Phylum porifera: quelle che tutti noi conosciamo come spugne, sono organismi marini molto semplici aventi il corpo ricco di pori e canali che convergono in una grande cavità centrale per un efficiente sistema di filtraggio. A rendere più stabile la struttura è un endoscheletro fatto di spicole (spine) silicee o calcaree. La sede londinese della seconda compagnia di riassicurazioni più grande al mondo, la Swiss Re, è stata progettata seguendo proprio l’anatomia di queste creature. Noto a molti come “il cetriolo”, questo grattacielo dal design cilindrico sfrutta un sistema di areazione analogo a quello delle spugne.

Phylum cnidaria

Prototipo drone-medusa

Phylum cnidaria: le meduse sono tra i primi animali che hanno imparato a nuotare negli oceani e lo fanno con una tecnica davvero unica che gli permette il maggior risparmio di energia possibile. Come fanno? Invece di avanzare con la propulsione, si fanno risucchiare dall’acqua stessa dopo aver creato un piccolo vuoto nella direzione di “marcia”. Al di là delle applicazioni marine per sottomarini ad elevata efficienza energetica, la biomimetica si è spinta oltre, adattando una tecnica di nuoto ad una di volo per piccoli droni-medusa ancor più stabili di quelli ispirati agli insetti e agli uccelli. Questa idea totalmente innovativa anche per l’evoluzione naturale aprirà le porte ad una nuova generazione di mini robot fluttuanti utili non solo in campo militare, ma anche ambientale.

Phylum arthropoda

Phylum arthropoda: il taxon che vanta il maggior numero di specie del regno animale, con abitanti in ogni tipo di ambiente terrestre. Prima di arrivare ai conosciutissimi insetti, voglio soffermarmi su un’invenzione che sarà graditissima agli uomini appassionati di auto e che si è ispirata al carapace dei Crostacei: la vernice autoriparante. Già disponibile in commercio, questo materiale è formato da un polimero seminaturale in grado di rigenerarsi una volta sottoposto alla radiazione ultravioletta della luce solare. Questo polimero non è altro che semplice poliuretano misto a chitosano (carboidrato presente nel carapace di granchi ed aragoste) in grado di rilasciare una resina che indurisce nella frattura a contatto con un agente indurente, il tutto in breve tempo. Passando dall’ispirazione marina a quella di ambienti caldi e desertici, ho scelto due esempi di biomimesi ispirati ad insetti che affrontano e risolvono le medesime problematiche umane.

Stenocara sp.

Il primo si ispira ad un piccolo coleottero tenebrionide, la Stenocara, che riesce a dissetarsi anche nel deserto roccioso della Namibia. La struttura del suo esoscheletro è irregolare a causa di numerose escrescenze idrofile circondate da vasi idrofobici che permettono al coleottero di raccogliere letteralmente l’acqua dalla nebbia del mattino. Il biologo di Oxford, Dr. Andrew Parker e il dottor Chris Lawrence di QinetiQ sono riusciti a progettare un materiale analogo impiegato attualmente in tantissime regioni dove l’accesso all’acqua dolce è scarso o assente.

Eastgate Building Centre di Harare, Zimbabwe

Termitaio africano

Il secondo, invece, è forse l’opera architettonica più green del momento, ed è stata progettata copiando la complessa struttura dei termitai africani. Sto parlando dell’Eastgate Building Centre di Harare, in Zimbabwe, che vanta un risparmio energetico del 90% grazie alla totale assenza di condizionatori. L’architetto Mick Pearce è riuscito ad applicare i principi dell’auto raffreddamento e della ventilazione adottate dalle termiti nelle loro grandi tane, la cui temperatura si mantiene costante a 31° a dispetto delle temperature esterne che variano dai 3° notturni ai 42° diurni.

Passiamo ora ai più vicini del Phylum Chordata, ovvero ai vertebrati, tra cui pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi.

La pelle degli squali (primitivi pesci cartilaginei), oltre ad ispirare ingegneri aerospaziali per la creazione di rivestimenti di superficie a bassissimo coefficiente di attrito idrodinamico, si è rivelata essere una superficie che inibisce la crescita batterica. Questa scoperta apre infinite porte al mondo della medicina e al benessere e la salute dell’uomo.

Tra le molte rane che depongono le proprie uova in un bozzolo di schiuma da loro prodotta, una specie sudamericana ha ispirato una schiuma artificiale vincitrice dell’Earth Award del 2010. Questo prodotto, in grado di assorbire il diossido di carbonio dall’atmosfera trasformandolo in zucchero utile come biocarburante, è stato installato in centrali elettriche a carbone per abbattere il loro carico inquinante. Grazie alla superficie altamente spumosa, la schiuma artificiale ha un potere di conversione dell’anidride carbonica in zuccheri ben 5 volte più efficiente dei metodi utilizzati fino ad oggi.

La zampa di un geco

Parlando di rettili avrei potuto scegliere di parlare di ricerche importanti, ma ancora in atto, quali la rigenerazione dei tessuti e il mimetismo, ma ho preferito un’invenzione già in commercio: il gecko tape. Questo interessante quanto mai bizzarro articolo è stato da poco brevettato per un uso ludico-sportivo e consiste in lacci di materiale altamente adesivo che permetterebbe a persone e oggetti di muoversi su superfici verticali lisce. Al momento non possiamo ancora camminare perpendicolarmente sui palazzi, come fanno i gechi con le loro zampe finemente pelose, ma possiamo impiegare questo nuovo materiale in campo ortopedico e fisioterapico.

Martin pescatore

Shinkansen Bullet Train

Gli uccelli hanno ispirato l’uomo già dal 1500 con la prima macchina del volo e continuato incessantemente con aeromobili sempre più sofisticati e veloci, per lo più di uso militare, come le famose Fregate, copiate dall’omonima specie. Ma sapevate che gufi e Martin pescatore hanno ispirato anche il design aerodinamico dei treni ad alta velocità? In Giappone il flusso di questi mezzi di trasporto veloci è tanto notevole da risultare impattante oltre i limiti ambientali consentiti. Per non perdere tempo e corse, l’ingegnere Eiji Nakatsu, con l’aiuto di un birdwatcher, ha progettato il Shinkansen Bullet Train dalla inconfondibile forma frontale. Come il becco dei Martin pescatori, la parte anteriore del treno ha un diametro che aumenta costantemente dalla punta al vagone per meglio fendere l’aria compatta (e più densa) delle gallerie, generando tanti piccoli vortici silenziosi piuttosto che uno grande e rumoroso.

I mammiferi ci hanno ispirato per tantissime invenzioni, le più famose sono probabilmente il radar e il sonar che esistono già dalla comparsa dei cetacei come orche e balene, e dei pipistrelli, piccoli topolini volanti con abitudini principalmente notturne. Eppure tra i mammiferi ci siamo anche noi; ottime macchine efficienti lo siamo anche noi. Allora perché non prendere spunto anche dal nostro corpo? Durante la progettazione della Torre Eiffel sono stati essenziali gli studi sull’anatomia umana di Hermann von Meyer che, concentrandosi in particolare sul modo in cui il femore si incastra nella rotula, ha realizzato una struttura stabile ed incredibilmente leggera per la sua altezza. Immaginando di pesare un modellino in scala di 30 cm, la bilancia segnerebbe soli 7 grammi.

E le piante?
Rimando al prossimo articolo per gli esempi di biomimetica vegetale, a cominciare dall’invenzione ispirata ai fiori rossi di Bardana…

Per approfondire:

  • https://asknature.org/

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