Non tutti i giorni una vacanza subacquea apre la strada a una possibile innovazione tecnologica, tanto meno una che coinvolge il cerume. Eppure, è esattamente quello che è successo per Alexis Noel.
Il dottorando in ingegneria meccanica al Georgia Institute of Technology ha descritto il suo viaggio di immersioni subacquee, il successivo orecchio intasato dall'acqua del suo ragazzo e il colpevole - cerume - che ha tenuto l'acqua intrappolata dietro il timpano al suo professore, David Hu. In pochissimo tempo, i due si sono impegnati in discussioni dettagliate sulla sostanza appiccicosa.
Poi ha colpito: cosa si può imparare di più dal cerume?
Incuriosito, Noel spiega che il materiale ceroso viene continuamente "sollecitato e modellato" in varie forme a causa dei movimenti della mascella che costringono il condotto uditivo a vacillare tra forme ovali e rotonde. Questi cambiamenti alla fine fratturano il cerume, causandone infine la caduta dall'orecchio (anche se in pezzi minuscoli, appena visibili).
Quando si tratta della capacità del cerume di filtrare le particelle di polvere, afferma che sta filtrando la polvere molto prima che esca dall'orecchio. Questo processo inizia quando il cerume ricopre i peli dell'orecchio e crea una struttura simile a una tela. Questa struttura, spiega, è "molto probabilmente" trovata nelle orecchie di tutti i mammiferi e svolge un ruolo nella raccolta della polvere.
"Mentre l'aria circola dentro e fuori dall'orecchio, le particelle di polvere vengono catturate dal fluido appiccicoso", afferma Noel. Il cerume alla fine si satura di polvere, causandone la frattura e la caduta fuori dall'orecchio.
Le persone in genere riservano cerume per i tamponi di cotone. Ma Noel si chiedeva, poteva esserci un uso pratico al di fuori del condotto uditivo?
"Sto immaginando la filtrazione dell'aria domestica", Noel afferma di una possibile applicazione, riferendosi alle unità CA e ai filtri dell'aria portatili. "Un filtro simile al cerume può durare più a lungo di quelli tradizionali a rete."
Lei e il suo allora ricercatore Zac Zachow hanno iniziato a esaminare le proprietà fluide del cerume di maiale, cane, pecora e coniglio. Studiare il cerume animale, anziché umano, significava evitare le grandi quantità di scartoffie richieste per quest'ultimo, permettendo loro di mettersi al lavoro molto prima. La loro aspettativa era che le proprietà dei fluidi fluttuassero tra ogni animale, ma ciò che scoprirono fu sorprendente.
Alexis Noel e il suo team hanno raccolto e studiato campioni di cerume da vari animali. (A. Noel, Z. Zachow e D. Hu, Georgia Tech) "Abbiamo raccolto campioni di animali morti da un altro laboratorio in associazione con Georgia Tech", afferma Noel. Spiega che la loro viscosità del cerume era "esattamente la stessa, che provenisse da un coniglio piccolo o da un grosso maiale. Le proprietà del fluido erano identiche. ”Indipendentemente dal contaminante (feci, sporco, polvere, ecc.), Il cerume ha continuato a fluire all'interno dell'orecchio.
Noel trovò interessante che il cerume di un grosso animale avesse le stesse proprietà di un più piccolo, ma non fu completamente sorpresa, considerando che fluidi come muco o sangue in genere rimangono coerenti tra gli animali.
Ora armato di informazioni sulle proprietà fluide del cerume, Noel ha in programma di valutare la massima capacità di trattenere la polvere del cerume, sia umana che animale. È curiosa di sapere "quanta polvere è necessaria per arrivare a quello stato friabile".
Quindi viene l'estrazione dei dati. "Esamineremo il punto di frattura per i campioni di cerume con diverse concentrazioni di polvere", spiega. "Aggiungeremo polvere ai campioni di cerume, osservando se si verificano fratture e tracciando il punto di frattura rispetto alla concentrazione di polvere". Noel aggiunge che ciò può fornire informazioni sulla longevità dei futuri sistemi di filtrazione.
Il cerume umano è efficace nel raccogliere la polvere perché crea una rete attorno ai peli dell'orecchio. (A. Noel, Z. Zachow e D. Hu, Georgia Tech) Con la ricerca in corso, in questo momento inchiodare potenziali applicazioni è in qualche modo prematuro, spiega Noel. Continua a immaginare un sistema di filtrazione dell'aria domestica che incorpora una sostanza simile al cerume ottimizzata per la massima capacità di polvere e punti di frattura. Tuttavia, le sue ruote stanno girando. Come appassionata fan dello spazio, dice che un giorno “adorerebbe applicarla ad un po 'di spazio”.
Beth Rattner, direttore esecutivo del Missoula, Biomimicry Institute, con sede nel Montana, era felice di conoscere le ricerche di Noel.
"Siamo sempre entusiasti di conoscere il coinvolgimento degli scienziati con nuove opportunità di ricerca e come potrebbero ispirare tecnologie creative e più sostenibili", afferma Rattner. “È particolarmente affascinante il fatto che questo implichi il cerume, qualcosa con cui tutti viviamo tutti i giorni ma a cui raramente ci pensiamo. Speriamo che un giorno parleremo ai nostri lettori su AskNature.org dei filtri dell'aria ad alta tecnologia ispirati al cerume, insieme ai filtri dell'acqua ispirati alle balene di balena e alle proteine dell'acquaporina. ”
AskNature.org è un sito web dell'Istituto di biomimetica che consente alla comunità di trovare, curare e creare strategie e soluzioni di progettazione sostenibili, tutte ispirate dalla natura.
A Biomimicry 3.8 - l'organizzazione gemella dell'Istituto - Mark Dorfman ha lavorato come chimico di biomimetica per 10 anni. La ricerca sul cerume di Noel gli fa pensare alle meduse, a tutte le cose.
Quando le meduse pompano i loro corpi, spiega, generano vortici che creano un flusso specifico. Ciò può significare che i futuri sistemi di filtrazione della polvere potrebbero forse coinvolgere tubi sospesi simili a stinger, che lavorano in tandem con sostanze simili al cerume, il tutto nel tentativo di dirigere, catturare e filtrare le particelle in modo appropriato.
Dorfman è anche incuriosito dalle caratteristiche fatiscenti del cerume, che secondo lui potrebbe avere un potenziale valore commerciale.
"I processi industriali sono spesso continui, piuttosto che batch, quindi chiudere le operazioni per pulire i sistemi di filtrazione è qualcosa che i gestori delle operazioni cercano di evitare", afferma. “Ecco perché l'idea di sostanze appiccicose che intrappolano il particolato nell'aria non è stata spesso un'opzione desiderabile da perseguire. Tuttavia, se la sostanza appiccicosa cambia le sue proprietà in seguito a saturazione con particelle in modo da cadere da qualsiasi substrato simile a un nastro a cui era attaccata, penso che potrebbe essere di nuovo interesse come soluzione praticabile. "
Anche le ruote di Dorfman girano.
"Forse potrebbe esserci un sistema in cui una sostanza simile al cerume è stata applicata in strati, in modo che quando lo strato superficiale si satura e cade, viene esposto un nuovo strato di cattura del particolato", afferma. "Sono ancora sbalordito dal fatto che la natura rivela sempre nuove strategie sorprendenti per ispirare soluzioni alle moderne sfide industriali."
Per Noel, la ricerca di soluzioni in natura non finisce con il cerume. Sta esplorando le lingue dei gatti. Noel è stato anche fortunato ad osservare la lingua di una tigre, una circostanza sorta dopo che la tigre dello zoo di Atlanta, Kavi, morì alla fine dell'anno scorso.
Le lingue dei gatti sono coperte da spine flessibili che afferrano i grovigli nella pelliccia e li stuzzicano. Lo studio delle forze di puntura entra in gioco con tutto ciò, dice Noel.
"Prevediamo una sorta di applicazione di pennello districante e di facile pulizia unica che provenga da questa lingua di gatto", afferma Noel. "Posso immaginare facilmente un pennello per animali o animali domestici, ma esamineremo anche applicazioni alternative come le tecnologie di pulizia dei tappeti."
Tutta questa ricerca è certamente interessante, per non dire altro. Da dove viene?
Diciamo solo che terremo sicuramente d'occhio per i dettagli futuri.
