biomimetica_materiali ispirati alla natura

La natura maestra della scienza nel nome della ricerca

A cura di Tania Pesalovo

Cos’hanno in comune una cozza, un geco e un canguro?

Sono tutti… grande fonte di ispirazione per la ricerca e l’innovazione.

La natura come modello, misura e guida: questi i tre principi alla base della biomimetica, la scienza che “studia i modelli naturali, imitando o traendo ispirazione da questi elementi e processi per risolvere problemi umani”. Sei secoli fa Leonardo da Vinci abbozzava le sue macchine volanti osservando gli uccelli; oggi il mondo animale e vegetale continua a essere un prezioso alleato di designer, architetti, ingegneri, sviluppatori e ricercatori in generale.

Dalle cozze blu alle nostre case

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PureBond, il nastro adesivo privo di urea-formaldeide che garantisce massima adesione e maggiore salubrità, si ispira alle cozze

Malgrado l’incessante battere delle onde, le cozze restano fermamente attaccate agli scogli grazie alla secrezione dell’amminoacido diidrossifenilalanina che forma dei tentacoli filamentosi sul loro guscio. Proprio studiando i mitili, nel 2007 il professore all’università dell’Oregon State University of Forestry Kaichang Li ha scoperto che le proteine della soia possono essere modificate per ottenere un collante simile ai tentacoli dei mitili. È nato così PureBond®, il primo collante per compensati di legno privo di urea-formaldeide che coniuga forte potere adesivo ed elevata resistenza all’acqua, migliorando anche la qualità della vita tra le mura domestiche.

Adesivo come un geco

Nella tradizione degli aborigeni australiani è simbolo di adattabilità e da sempre considerato un animale portafortuna; per la scienza quasi un rompicapo: cosa c’è alla base della capacità del geco di aderire a tutte le superfici, muovendosi agilmente?L’ha scoperto il team americano capitanato dal biologo Duncan Irschick e dallo scienziato dei polimeri Alfred Crosby dell’università del Massachuttes Amherst. La ricerca, focalizzata sugli adesivi sintetici, è iniziata considerando i materiali impiegati per la realizzazione degli stessi: secondo la loro ipotesi, infatti, solo utilizzando materiali rigidi la capacità adesiva sarebbe aumentata notevolmente.

Lo spunto decisivo è arrivato studiando la formidabile aderenza del gechi: nello specifico considerando non solo i milioni di piccoli peli detti sete che danno all’animale una forte presa, ma l’intera struttura della zampa, dai tendini ai tessuti molli. L’adesivo GeckSkin, presentato ufficialmente nel 2012, sfrutta il principio dell’adesione per drappeggio: come si legge nel sito dedicato al progetto, è “composto di tessuti rigidi, quali la fibra di carbonio o Kevlar, con elastomeri molli come poliuretano o polidimetilsilossano (PDMS)”.

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Dai tessuti ai tendini molli, l’intera struttura della zampa dei gechi garantisce loro massima adesione e fluidità di movimento

 

Proprio grazie all’integrazione tra un componente soffice e un materiale più rigido, l’adesivo può aderire alla superficie come una seconda pelle. Il tutto è intrecciato in un “tendine sintetico” che dona rigidità al materiale garantendo allo stesso tempo la massima libertà rotazionale.

 

 

L’automazione fa salti da canguro

Dopo due anni di ricerche, nel 2014 il team di sviluppo del Bionic Laearning Network di Festo ha battezzato presso la Fiera internazionale di Hannover la versione bionica di un canguro, in grado di replicare le modalità con cui i marsupiali riescono ad aumentare la propria velocità salto dopo salto.

Proprio come i suoi fratelli in carne e ossa, infatti,  BionicKangaroo può accumulare l’energia proveniente dalla fase di atterraggio e sfruttarla per ogni balzo successivo, senza dover ricorrere a energia supplementare. Pistoni pneumatici ed elettrici, dispositivi per l’accumulo di energia, servomotori, sensori,  dispositivi di controllo e molle elastiche in gomma si integrano perfettamente in questo robot zoomorfo che pesa 7 kg ed è controllabile a distanza via bluetooth, riuscendo a saltare sino a 80 cm di lunghezza e 40 di altezza.

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Le modalità di accumulo e rilascio di energia che caratterizzano il movimento dei canguri ampliano la ricerca sull’automazione e i sistemi dinamici integrati

La ricerca del team Festom sulla cinematica del salto risulta così cruciale per lo sviluppo di sistemi di controllo complesso, per lo studio di sistemi di fornitura dell’energia grazie a pneumatici mobili, oltre che sull’accumulo e il rilascio di energia, utilissimi ad esempio nel campo dell’automazione industriale per il recupero del calore nei compressori.