Invenzioni o imitazioni: la biomimetica vegetale

Arctium Lappa – fiori

Eccoci di nuovo a parlare di Biomimetica, ma questa volta in termini botanici. In che modo possono ispirarci queste forme di vita apparentemente immobili? Quali incredibili invenzioni dobbiamo a loro? Quante ancora ne brevetteremo a seguito del loro studio?

Nell’ultimo articolo vi ho lasciati con l’indizio dei fiori rossi di Bardana come grande esempio di biomimetica vegetale; dico grande perché è possibile che alcuni di voi non conoscano l’aspetto di questi piccoli fiori nonostante, però, sia impossibile trovare una persona che non abbia a casa almeno un oggetto che sfrutti questa invenzione. Persino i veicoli spaziali portati sulla luna da Neil Armstrong e Buzz Aldrin ne hanno fatto uso. Siete più scettici o curiosi?

Velcro – ingrandimento

Ebbene sto parlando di una stoffa molto utile chiamata Velcro, acronimo delle parole VELorus (velluto) e CROchet (gancio), usata comunemente in diversi ambiti come sistema di chiusura meccanica uncino e asola. Dove c’è da attaccare e staccare un oggetto è facile che ci sia questo tessuto, sistema subito brevettato per potenziale e versatilità di applicazione. Quante giacche sportive si chiudono con il velcro? Quante attrezzature tecniche lo sfruttano? E, soprattutto, quale bambino non ha almeno un paio di scarpe con lo “stretch” a sostituire gli scomodi lacci da dover riannodare ogni 10 minuti? La striscia di uncini che si attacca saldamente alla striscia pelosa, fatta di fili di nylon (materiale peraltro copiato dalla seta naturale dei ragni), riproduce perfettamente l’effetto di cattura che i piccoli fiori di Bardana maggiore (Arctium lappa) usano in natura per rimanere impigliati nel pelo animale ed essere trasportati lontano. È all’intuizione del 1941 dell’ingegnere svizzero George de Mestral che dobbiamo questo incredibile sistema di chiusura.

L’innovazione del regno vegetale è innegabile, basti pensare al modo in cui le piante riescono a permettere la vita sulla Terra sintetizzando molecole organiche a partire da anidride carbonica, acqua e pochi altri elementi, sfruttando la sola energia solare. Pensate da quanto tempo esistono e come riescono ad adattarsi ad ogni tipo di ambiente, anche al più estremo; pensate, ancora, all’impressionante assortimento di difese che vantano per proteggere le loro radici, i loro fusti, le foglie e i semi, che spazia dalle stratificazioni di cellulosa che rallentano la digestione, ad aminoacidi in grado di interferire con la sintesi proteica delle cellule animali. D’altro canto gli animali erbivori e i parassiti si avvalgono di un’antica eredità di contromisure, quali adattamenti comportamentali, armi meccaniche e composti chimici in grado di demolire le molecole letali prodotte dalle piante. La selezione naturale ha fatto sì che, nel tempo, si affinassero tecniche di riproduzione e diffusione che hanno dell’incredibile, tanto da fare gola ai numerosi ingegneri, architetti, designer e non solo, in cerca di successo.

Ancora una volta la mole di informazione mi ha costretto a selezionare solo pochi esempi di biomimetica che vi elenco di seguito in funzione dell’organo della pianta a cui si ispirano.

Radici
Una nuova tecnologia, la Voc Biotreat, è in attesa di brevetto e consiste in un metodo di depurazione delle acque di scarico industriali che imita le radici di alcune delle più comuni piante da appartamento, tra cui il Pothos (Scindapsus aureus). Studiando meglio questa capacità delle piante, gli scienziati della NASA si sono accorti che ad assorbire i famosi Voc (Composti Organici Volatili) non erano le cellule delle radici, bensì i batteri simbionti che vivevano in esse. Il rapporto di reciproco vantaggio tra le piante e questi microrganismi si è quindi svelato vantaggioso anche per l’uomo che ora può installare dei biofermentatori nelle raffinerie atti ad eliminare benzene, formaldeide ed altri di questi composti volatili nocivi.

Scindapsus aureus

Fusto
Una pianta ornamentale rampicante piuttosto comune, la Aristolochia macrophylla, ha ispirato i ricercatori dello Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology’s (EMPA) Center for Synergetic Structures per la sua notevole capacità autoriparante. In caso di lesioni del fusto, infatti, le sottili cellule parenchimatiche posizionate sotto l’epidermide si espandono chiudendo immediatamente la lesione creata per impedire l’insorgere di infezioni e dando, quindi, tutto il tempo necessario anche agli altri tessuti di rigenerarsi. Le infinite applicazioni di questa tecnica di autoriparazione istantanea si concretizzano con lo sviluppo di schiume e membrane auto rigeneranti al momento impiegate per garantire l’integrità delle strutture pneumatiche leggere, ad aria, ma in futuro chissà…

Aristolochia macrophylla

Foglie
Non è possibile parlare di piante senza citare la fotosintesi clorofilliana, capacità unica degli organismi autotrofi che consente loro di sintetizzare composti organici a partire da luce, acqua e biossido di carbonio. Una delle fasi necessarie a compiere questa trasformazione consiste nella scissione della molecola d’acqua in ossigeno e idrogeno con il solo aiuto dell’energia solare. Con la realizzazione di speciali celle fotovoltaiche che imitano le foglie, siamo ora in grado di sfruttare l’idrogeno come combustibile altamente energetico, il tutto con scarsi impatti ambientali. Sono molti i ricercatori attualmente impegnati a mimare anche le successive fasi della fotosintesi nella speranza di poter ridurre i danni causati dalla nostra cieca politica energetica.

La biomimetica, che sembra non avere limiti di applicazione, si afferma anche in campo medico ed in particolare per la conservazione dei tanto discussi vaccini. Queste sostanze, per rimanere biologicamente attive, necessitano di basse temperature e, quindi, di avere garantita una catena del freddo anche durante i trasporti. Dove ciò non è possibile per le condizioni proibitive di molti paesi poco sviluppati, è stata adottata la tecnica di autoconservazione di alcune piante che, in periodi difficili, per scarsa disponibilità idrica o temperature troppo rigide, vanno in totale stasi biologica. Ciò avviene grazie ad un processo di accumulo di due tipi zucchero, il saccarosio e il trealosio, che, in condizioni di disidratazione, cristallizzano preservando tutte le strutture cellulari, persino a livello delle singole proteine. Queste cellule dormienti si conservano perfettamente fino al momento in cui le condizioni esterne tornano ad essere per loro vantaggiose (il caso più estremo di risveglio vegetale avuto in laboratorio è dato dalla pianta Silene stenophylla che è tornata a vegetare dopo oltre 31 mila anni di dormienza con tessuti congelati).

Silene stenophylla – fiore

Fiore
L’efficienza energetica delle centrali fotovoltaiche sta migliorando sempre più grazie all’incremento dei fondi per la green energy, ma soprattutto grazie alla biomimetica che, in questo caso, non può studiare altro che i girasoli. Da questi grandi fiori composti perfettamente geometrici, i ricercatori hanno copiato l’esatta disposizione di ogni singolo fiore e la relativa angolazione (137° è il famoso angolo d’oro) per progettare un impianto solare col miglior rapporto possibile tra efficienza energetica e suolo occupato. La collocazione degli specchi riflettenti, infatti, è sempre stata problematica poiché alla riduzione degli spazi occupati aumentavano sempre le zone d’ombra. Seguendo la disposizione a spirale di Fibonacci che la natura ha progettato per il girasole, è stato impiegato il 20% di suolo in meno, mantenendo costante la produzione energetica.

Girasole

Frutto
Dalle piante abbiamo copiato anche alcuni importanti concetti di marketing secondo cui è possibile vendere persino un prodotto scadente, a patto che questo sia ben confezionato. Sono molte le piante che in natura riescono a sfruttare altre specie per ottenere qualcosa senza dar loro nulla in cambio. È il caso dei fiori che non producono nettare per i loro insetti impollinatori, ma, soprattutto, è il caso della Pollia condensata il cui bellissimo frutto iridescente, irresistibile per gli uccelli, in realtà non contiene alcun nutriente utile. Questa vistosa colorazione del frutto non è dovuta ad un pigmento, bensì alla struttura cristallina della sua buccia, attualmente oggetto di attenzione di molte aziende che stanno provando ad imitarla.

Pollia condensata – frutti

Vi è piaciuto questo assaggio di BIOMIMETICA? Volete anche voi trovare una soluzione ad un problema o risolvere una necessità umana? Cominciate a osservare la natura per capire lei come ci è riuscita….

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