L'architetto britannico Michael Pawlyn pensa alla natura come a un "catalogo di prodotti", tutto ciò, spiega in un discorso TED, "hanno beneficiato di un periodo di ricerca e sviluppo di 3, 8 miliardi di anni".
"Dato quel livello di investimento", continua, "ha senso usarlo".
Mentre a volte la nuova tecnologia può sembrare strana, quasi quasi ultraterrena, il futuro dell'innovazione coinvolge in realtà i ricercatori che comprendono meglio il mondo naturale che ci circonda. E gli inventori stanno prendendo piede, con la sempre più ampia biomimetica, o il processo di progettazione di prodotti per funzionare come animali e piante dopo la messa a punto dell'evoluzione. Dai gamberi alla mantide allo spiedo delle api, gli ingegneri non lasciano nulla di intentato quando si tratta di ispirazione.
Ecco cinque recenti scoperte nel mondo naturale che un giorno potrebbero portare a nuove invenzioni.
I gamberi Mantis hanno un'armatura super resistente realizzata con una microstruttura resistente agli urti.
I gamberi mantidi sono piccoli diavoli esuberanti che non si tirano indietro da una rissa, anche con la loro stessa specie. Sorprendentemente, due gamberi di mantide possono eliminarlo e rimanere incolumi in seguito. Questo perché i piccoli combattenti duri sono ricoperti da un'armatura super-forte lungo la schiena. L'armatura, chiamata Telson, sembra e agisce come una sorta di scudo, sovrapponendosi mentre scendono lungo la coda del crostaceo.
I ricercatori dell'Università della California, Riverside hanno studiato la struttura e la meccanica di questi telson e hanno scoperto che la chiave della loro resistenza sembra essere l'impalcatura a forma di spirale sotto ogni scudo. In un recente studio sulla rivista Advanced Functional Materials, gli ingegneri e i loro colleghi spiegano che la struttura elicoidale impedisce la formazione di crepe e attenua l'impatto di un duro colpo. Un'architettura allo stesso modo contorta è nota per esistere nell'artiglio del gambero, usato per colpire qualsiasi minaccia al suo territorio. I gamberi hanno chiaramente evoluto l'armatura perfetta.
Un giorno potremmo vedere questo tipo di microstruttura resistente agli urti, che i ricercatori hanno brevettato nel 2016, in attrezzature sportive, armature per polizia e militari, droni, pale di turbine eoliche, materiali aerospaziali, automobili, veicoli militari, aeroplani, elicotteri, biciclette e navi marine. Fondamentalmente, David Kisailus, professore di ingegneria chimica e ambientale presso l'Università della California, a Riverside, e autore dello studio, spiega in una e-mail alla rivista Smithsonian : "Ovunque un peso ridotto è fondamentale, ma sono necessarie forza e resistenza".
Kisailus ritiene che, a breve termine, la scoperta avrà il maggiore impatto sugli articoli sportivi, poiché il tempo di immissione sul mercato di prodotti come caschi e parastinchi è più breve di quanto non sia con un aereo commerciale. I ricercatori hanno realizzato un prototipo di casco per uso edile e per il calcio. Ma, aggiunge Kisailus, "a lungo termine, penso che l'impatto maggiore e più globale sarà sui trasporti, poiché il peso ridotto con una maggiore resistenza ridurrà il consumo di carburante e le emissioni".
I semi di dente di leone rivelano la forma di volo naturale recentemente scoperta.
Una forma di volo che non era mai stata vista prima è stata rivelata in uno studio sui denti di leone. (Cathal Cummins) Il modo in cui i semi di tarassaco si spostano senza sforzo nel vento, catturando la luce solare scintillante mentre cadono a terra, ha una certa bellezza semplicistica che sarebbe difficile da superare. Ma, come hanno scoperto i ricercatori lo scorso autunno, il percorso invisibile che il suo delicato paracadute a setole lascia dietro è ancora più meraviglioso - e studiarlo potrebbe portare a progressi davvero fantastici nel volo dei droni e nel monitoraggio dell'inquinamento atmosferico.
I ricercatori sapevano che il meccanismo che trasportava i semi così facilmente era la sua delicata corona di fibre d'avorio, che assomigliano a una scopa da spazzacamino. Non erano sicuri di come funzionasse questo fuzz simile a un paracadute dato che il fascio di semi di tarassaco è principalmente costituito da spazio vuoto. Quindi gli scienziati dell'Università di Edimburgo hanno creato una galleria del vento per mettere alla prova i semi e, così facendo, hanno scoperto una "nuova classe di comportamento fluido", riferisce James Gorman per il New York Times . L'aria fluisce attraverso i filamenti e lascia dietro di sé una scia vorticosa di aria, o quello che viene chiamato un anello di vortice separato. L'anello aumenta la resistenza di un seme, creando un volo quattro volte più efficiente di quello di un paracadute convenzionale.
I ricercatori, che hanno spiegato la scoperta in uno studio pubblicato su Nature, sperano che ispiri gli ingegneri a inventare minuscoli droni automotori che richiederebbero poco o nessun consumo di energia per volare.
"Un fascio di setole artificiali ispirato al dente di leone potrebbe essere usato per fluttuare nell'aria, portando qualcosa come telecamere o sensori, invece dei semi", dice Naomi Nakayama, biologa dell'Università di Edimburgo e autrice di studio, in una email a Smithsonian . "Proprio come il dente di leone, potrebbero rimanere a galla per molto tempo, essendo in grado di monitorare e registrare la qualità dell'aria, la direzione o la velocità del vento e forse alcune attività umane, senza che le persone si accorgano che sono in giro perché sono così piccole."
Gli squali mako sono veloci grazie alle loro scale flessibili.
Questa è una fotografia di squame squalo mako, ciascuna delle quali misura circa 0, 2 millimetri di lunghezza. La prima fila di scale è stata setacciata manualmente all'angolo massimo di circa 50 gradi. (Phil Motta all'Università della Florida del Sud) Gli squali Mako sono stranamente veloci, motivo per cui a volte vengono chiamati ghepardi del mare. Possono raggiungere da 70 a 80 miglia all'ora. Ma come fanno ad arrivare così in fretta? La risposta sta con minuscole squame sul fianco e sulle pinne. Ma esattamente come la loro pelle liscia aiuta la loro velocità è di particolare interesse per gli ingegneri aeronautici, con finanziamenti da Boeing e dall'esercito americano, che vogliono progettare nuovo materiale per ridurre la resistenza e aumentare l'agilità degli aerei, secondo un comunicato stampa dell'American Physical Society .
Le squame flessibili sul fianco e sulle pinne degli squali mako sono lunghe solo un quinto di millimetro. Se dovessi accarezzare lo squalo come un gatto, dalla testa alla coda ( Nota del redattore: non lo consigliamo ), le sue squame sembrerebbero lisce. Ma se facessi scorrere la mano nella direzione opposta, la pelle sembrerebbe più una carta vetrata, con le squame che si piegano all'indietro con un angolo massimo di 50 gradi a seconda della posizione del corpo, con le squame più flessibili dietro le branchie. Secondo il comunicato stampa, la flessibilità delle scale mantiene il flusso in movimento vicino alla pelle, impedendo quella che viene chiamata "separazione del flusso".
La separazione dei flussi è anche il nemico numero uno quando si tratta di aerei. Il concetto si dimostra facilmente tirando la mano fuori dal finestrino di una macchina in movimento con il palmo rivolto verso il vento. Il palmo è sotto una pressione maggiore rispetto al dorso della mano, quindi la mano viene spinta all'indietro. Ciò accade perché il flusso d'aria si separa attorno ai lati della mano creando la regione a bassa pressione o si risveglia dietro la mano. Tuttavia, la separazione del flusso può ancora avvenire su un corpo più snello come lo squalo. È qui che entrano le scale: aiutano a controllare il flusso, riducendo così la resistenza e permettendo all'animale di nuotare più velocemente e con una maggiore manovrabilità.
"Supponiamo che a un certo punto potremmo progettare un nastro che potrebbe essere applicato strategicamente sulle superfici degli aeromobili, come pale del rotore dell'elicottero, ali o determinate posizioni sulla fusoliera in cui si verifica la separazione del flusso e causando un aumento della resistenza o una riduzione delle prestazioni o manovrabilità ”, afferma Amy Lang, ingegnere aeronautico dell'Università dell'Alabama, che ha presentato il lavoro all'American Physical Society March Meeting di Boston, in una e-mail a Smithsonian .
Nel 2014 Lang ha ricevuto un brevetto secondo cui "si basava sui primi concetti che avevamo su come funziona la pelle di squalo e su come applicarla a una superficie ingegnerizzata". Lei e il suo team stanno realizzando modelli stampati in 3D di pelle di squalo mako e speranza per ottenere ulteriori risultati provandoli nelle gallerie del vento e dell'acqua entro il prossimo anno. "Speriamo nelle nostre collaborazioni con l'industria di presentare un brevetto aggiornato in quanto una superficie artificiale è sviluppata per applicazioni reali", aggiunge.
Le api combinano lo spiedo e l'olio di fiori per creare un adesivo.
Le api volano da un fiore all'altro raccogliendo il polline e memorizzandolo sul loro corpo per riportarlo all'alveare. Ma cosa succede se una doccia a pioggia estiva a sorpresa interferisce? Non temere, le api hanno una soluzione per questo: una sospensione appiccicosa del loro sputo e oli dai fiori che trasforma il polline in pellet resistente all'acqua. La scienza alla base di questa combinazione appiccicosa può persino ispirare colle ad alta tecnologia che si attaccano quando vuoi, ma anche rilasciare quando necessario.
"Volevamo sapere, se il polline può rimanere così saldamente attaccato alle zampe posteriori dell'ape, in che modo le api riescono a rimuoverlo quando tornano all'alveare", ha detto Carson Meredith, ingegnere della Georgia Tech e autore principale di un studio pubblicato su Nature Communications a marzo, in un comunicato stampa.
Funziona essenzialmente in questo modo: lo sputo delle api è un po 'appiccicoso per cominciare a causa del nettare che bevono. Lo sputo copre il polline quando le api lo raccolgono. Quindi gli olii dei fiori ricoprono la pallina di polline sputa. Questa tecnica di stratificazione è l'intreccio perfetto per respingere l'umidità imprevista.
"Funziona in modo simile a uno strato di olio da cucina che copre uno stagno di sciroppo", ha detto Meredith nel comunicato. "L'olio separa lo sciroppo dall'aria e rallenta notevolmente l'essiccazione."
La velocità è anche un fattore chiave a quanto pare. Ciò si riduce a quella che viene definita una risposta sensibile alla velocità, che significa "più veloce è la forza che tenta di rimuoverla, più resisterebbe", secondo un comunicato stampa. Quindi quando le api usano movimenti coordinati e lenti con le zampe posteriori per rimuovere le palline di polline, si staccano facilmente. Ma se una goccia di pioggia che cade a terra si scontra con una delle sfere, aderisce più intensamente.
Le applicazioni per un adesivo come questo variano ampiamente. Meredith spiega in una e-mail alla rivista Smithsonian che un adesivo bioispirato prospererebbe in aree in cui la forza non è la priorità assoluta, ma "dove l'adesione deve essere personalizzabile, sintonizzabile, sensibile agli stimoli o accoppiata ad altre proprietà come la commestibilità, la biocompatibilità o resistenza all'umidità. "
Lavora con aziende mediche e cosmetiche. (Se ti sei mai trovato a rimuovere il trucco impermeabile testardo, capisci la richiesta di una soluzione.) “In questi campi spesso si desidera un'adesione che può tenere insieme le superfici in determinate circostanze, ma che può essere rilasciata su richiesta o quando viene superata una determinata condizione (velocità, forza, umidità) ", spiega. "Ciò include la capacità di trasferire piccole particelle da un luogo a un altro, come nell'applicare il trucco o consegnare un farmaco a un determinato tessuto del corpo."
Non è tutto: quei granuli di polline sono naturalmente commestibili, quindi potrebbero essere usati anche negli alimenti, forse per "oggetti decorativi su una torta o un dessert, o particelle aderenti che contengono additivi alimentari per gusto, nutrienti, conservanti, colore, ecc. ", Spiega Meredith.
I gatti sono toelettatori esperti a causa delle papille vuote nelle loro lingue.
(Elke Schroeder / EyeEm / Getty Images) I gatti trascorrono una parte abbastanza significativa del loro tempo a leccarsi. Si scopre che la loro lingua si è evoluta per la massima efficienza di toelettatura e potrebbe effettivamente aiutarci a realizzare spazzole per capelli migliori o persino ispirare progressi nella robotica morbida e nuovi tipi di tecnologie di pulizia.
La lingua classica di carta vetrata di un gatto è coperta da punte angolate chiamate papille, che sono fatte di cheratina, o la stessa roba dura delle nostre unghie. Questa è la parte della lingua che i ricercatori del Georgia Institute of Technology erano interessati a studiare per scoprire esattamente come distribuisce l'umidità attraverso la pelliccia di un gatto così facilmente.
Si scopre che le papille non sono realmente appuntite o a forma di cono, come ipotizzato dalla ricerca passata. Piuttosto, come descrivono gli ingegneri del Georgia Institute of Technology in uno studio negli Atti della National Academy of Sciences, sono a forma di scoop con due estremità vuote. Questa forma crea tensione superficiale che blocca le goccioline di saliva fino al momento della pulizia, ha scoperto il team. E quelle lingue possono contenere molto fluido. Quando il team ha messo alla prova le lingue di gatto - donate post mortem - hanno scoperto che ogni papilla può contenere circa 4, 1 microlitri di acqua, ma attraverso la lingua è sufficiente per distribuire circa un quinto di una tazza d'acqua attraverso la pelliccia dell'animale in un giorno, secondo National Geographic .
Le papille attaccano anche un nodo da quattro direzioni diverse, perfette per districare efficacemente. I ricercatori hanno persino creato un pennello per toelettatura ispirato alla lingua (TIGR) usando modelli 3D di lingue di gatto. Hanno richiesto un brevetto per il pennello, che potrebbe essere utilizzato per applicare farmaci o distribuire shampoo e balsami senza risciacquo nella pelliccia degli animali domestici per ridurre gli allergeni.
E il team prevede altre applicazioni. "La forma unica della colonna vertebrale potrebbe essere implementata nella robotica morbida per facilitare l'aderenza: studi precedenti hanno dimostrato che i micro-ganci eccellono nell'aderenza a superfici porose e rigide", afferma Alexis Noel, ingegnere di ricerca presso il Georgia Tech Research Institute e autore dello studio, in un'e-mail. Potrebbe anche esserci un nuovo modo di applicare il mascara, aggiunge.
