La prima cosa che noti del dipartimento delle collezioni di entomologia, la divisione Lepidoptera, al Museo di Storia Naturale di Smithsonian è un odore debole, elusivamente familiare. Naftalina. Ho contemplato brevemente l'ironia cosmica delle falene in una stanza piena di falene (e farfalle, una stirpe di falene si è evoluta per volare durante il giorno) prima di rivolgersi a Bob Robbins, un entomologo della ricerca. "Ci sono molti insetti che mangeranno insetti secchi", ha detto, "così tradizionalmente hai tenuto fuori quei parassiti usando naftalene o mothball."
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Gli scienziati ritengono che le ali iridescenti della farfalla morphos potrebbero essere utilizzate nella tecnologia a beneficio degli esseri umani
Video: come le ali di farfalla ispirano l'innovazione
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Le falene sono state gradualmente eliminate (a favore del congelamento di nuovi esemplari per uccidere eventuali parassiti), ma quell'odore persistente, così come gli infiniti cassetti di insetti appuntati sotto il vetro e accuratamente disposti in fila dopo fila di armadi d'acciaio per i posteri tassonomici, solo aumenta il senso dell'età nella camera silenziosa. Il tempo sembra essersi fermato come milioni di esemplari.
Ma sfogliamo quei cassetti, attraverso gli squadroni di rondini e falene al tramonto, distanziati con precisione, e inizia a formarsi un'idea diversa: questo non è un deposito dormiente, ma un laboratorio che indaga su un'impresa straordinariamente riuscita. In circa 150 milioni di anni, questi "prodotti" sono stati prototipati spietatamente, testati sul mercato, aggiornati, perfezionati e altrimenti resi nuovi e migliorati con il cambiamento del mondo che li circonda. Ognuno di questi fragili esemplari è un pacchetto di innovazione in attesa di essere compreso e adattato.
Questa è l'idea alla base della disciplina sempre più influente della biomimetica: che noi esseri umani, che abbiamo cercato di creare cose solo per un battito di ciglia di un occhio evolutivo, abbiamo molto da imparare dai lunghi processi di selezione naturale, sia che si tratti di come rendere un'ala più aerodinamica o una città più resistente o un display elettronico più vibrante. Più di un decennio fa, un laureato del MIT di nome Mark Miles si dilettava nel campo della microelettromeccanica e della lavorazione dei materiali. Mentre cercava su una rivista scientifica, fu fermato da un articolo su come le farfalle generano colore nelle loro ali. Il brillante blu iridescente delle varie specie di Morpho, ad esempio, non proviene dal pigmento, ma dal "colore strutturale". Quelle ali ospitano un assemblaggio su scala nanometrica di piastre a strati, la cui forma e distanza l'una dall'altra sono disposte in uno schema preciso che interrompe lunghezze d'onda della luce riflettente per produrre il blu brillante. Per creare lo stesso blu di pigmento richiederebbe molta più energia, energia meglio utilizzata per volare, nutrirsi e riprodursi.
Miles si chiedeva se questa capacità potesse essere sfruttata in qualche modo. Dove altro potresti desiderare colori incredibilmente vividi in un pacchetto sottile? Certo: in un dispositivo elettronico. Qualcomm, che ha acquisito la società creata da Miles per sviluppare la tecnologia, l'ha utilizzata nel suo display Mirasol. "Sfruttiamo i fenomeni di interferenza ottica", afferma Brian Gally, direttore senior della gestione dei prodotti di Qualcomm. In agguato sotto la superficie del vetro c'è una vasta gamma di modulatori interferometrici, essenzialmente specchi microscopici (da 10 a 50 micron quadrati) che si muovono su e giù, in microsecondi, per creare il colore giusto.
Come le ali della farfalla, "il display sta prendendo la luce ambientale bianca intorno a noi, la luce bianca o la luce del sole e attraverso l'interferenza ci restituirà un'immagine a colori", dice Gally. A differenza dei tradizionali schermi LCD, Mirasol non deve generare la propria luce. "La luminosità del display si ridimensiona automaticamente in base alla luce ambientale." Di conseguenza, Mirasol consuma un decimo della potenza di un lettore LCD. Qualcomm ha utilizzato il display in un e-reader e lo offre in licenza ad altre società.
Sebbene la biomimetica abbia ispirato le innovazioni umane per decenni - uno degli esempi più citati è il velcro, che l'ingegnere svizzero Georges de Mestral brevettò nel 1955 dopo aver studiato come le frese si attaccavano ai suoi vestiti - una tecnologia migliore e una ricerca più sfumata hanno permesso adattamenti sempre più complessi . Il software di progettazione creato dal ricercatore tedesco Claus Mattheck e utilizzato nelle auto Opel e Mercedes riflette il modo in cui alberi e ossa distribuiscono forza e carichi. Un fan creato da Pax Scientific prende in prestito dagli schemi di alghe vorticose, nautilo e baffi per spostare l'aria in modo più efficiente. Una serra irrigata con acqua salata nel deserto del Qatar utilizzerà trucchi di condensazione ed evaporazione raccolti dal naso di un cammello. Ora, grazie in parte alle continue innovazioni nella fabbricazione su nanoscala, i produttori stanno lanciando sul mercato una gamma in espansione di prodotti.
La biomimetica non è essa stessa un prodotto ma un processo, attingendo a organismi e processi naturali per stimolare l'innovazione. Le organizzazioni e persino le città possono cercare ispirazione negli ecosistemi, afferma Tim McGee, biologo e membro di Biomimicry 3.8, una società di consulenza del Montana. A Lavasa - descritta come "la prima città collinare pianificata dall'India" dai suoi sviluppatori, che sperano di costruire case per oltre 300.000 persone lì - la corporazione si consultò con gli architetti del paesaggio. Pertanto, la strategia di impianto includeva alberi decidui, formando un baldacchino per catturare e quindi riflettere, attraverso l'evaporazione, quasi un terzo della pioggia monsonica che lo colpisce. Tale effetto agisce "come un motore che guida il monsone nell'entroterra", afferma McGee, che aiuta a prevenire la siccità lì. La forma idrodinamicamente efficiente delle foglie degli alberi di banyan ha influenzato la progettazione di una migliore tegola per il dispacciamento dell'acqua, mentre i sistemi di deviazione dell'acqua sono stati ispirati dal modo in cui le formiche mietitrici allontanano l'acqua dai loro nidi. La prima "città" di Lavasa è stata completata, con altre quattro previste per il 2020.
Tutti parlano di modi per ridurre l'impronta umana o per ottenere un impatto "netto zero". Ma la natura, dice McGee, di solito va oltre: "Non è quasi mai netto zero: l'output da quel sistema è di solito benefico per tutto ciò che lo circonda." E se potessimo costruire le nostre città allo stesso modo? "E se a New York City, quando pioveva, l'acqua che entrava nell'East River fosse più pulita di quando è caduta?" E se, quando le foreste prendessero fuoco, le fiamme potessero essere estinte con mezzi che non dipendevano sulle sostanze tossiche? "La natura crea ritardanti di fiamma non tossici", osserva McGee. "Perché non possiamo?"
Per anni i ricercatori si sono concentrati sulla chimica dei ritardanti di fiamma, senza risultati. Ma forse i processi naturali potrebbero offrire un percorso di innovazione in laboratorio, afferma McGee. Forse è il modo in cui le pigne di Jack si aprono di fronte al calore (per consentire la riproduzione anche quando il fuoco distrugge la foresta), o il modo in cui gli eucalipti rilasciano frammenti sparsi di corteccia a combustione rapida per aspirare ossigeno e prendere il fuoco lontano dalla rete principale tronco. Jaime Grunlan, ingegnere meccanico del Texas A&M, ha sviluppato un tessuto resistente al fuoco che utilizza chitosano, un materiale rinnovabile ricavato da gusci di aragosta e gamberi (e un parente chimico della chitina nelle ali delle farfalle), per creare un rivestimento polimerico a nanostrati che, se esposto al calore, produce un "guscio" di carbonio che protegge il tessuto.
Lepidoptera incarna alcuni dei problemi che sono stati risolti sul banco di lavoro della natura nel corso di molti millenni. Nella chiamata evolutiva e nella risposta tra preda e predatore, molte falene hanno sviluppato la capacità di rilevare i clic degli ultrasuoni dei pipistrelli e alcuni possono persino inviare controsegnali confusi. Le ali di farfalla tendono ad essere nere più vicine ai loro corpi, per aiutare a catturare il calore. Quelle ali sono coperte da un rivestimento resistente ai contaminanti: si autopuliscono. Gli "occhi" ornamentali su quelle ali, destinati a spaventare i predatori, sono spesso posizionati vicino al bordo per ridurre al minimo il danno dell'ala se la farfalla viene morsa.
E poi c'è il colore: cosa pensiamo quando pensiamo alle farfalle. "La gente li chiama fiori volanti", afferma Robbins. Mentre alcuni usano il colore per mimetizzarsi, le specie più vivide vanno nell'altra strada, pubblicizzando la loro tossicità per aspiranti predatori in un display sfarzoso. Lo scrittore David Quammen li definisce i "bimbos del mondo naturale", un "esperimento evolutivo in puro eccesso decorativo". Nel complesso, scrive Quammen, le farfalle "rappresentano un ideale di dolcezza e grazia gentile che sembra quasi innocente dell'intero libero evoluzionario spietato -per-tutto. ”E c'è una grande fonte d'ispirazione in attesa di volare su quelle ali di gossamer.
I ricercatori dell'Università Jiao Tong di Shanghai, ispirati alle farfalle birdwing - l'area nera delle loro ali consente un assorbimento della luce quasi totale, per intrappolare il calore - stanno creando un film di carbonio amorfo super nero strutturalmente simile per aiutare a creare una tecnologia solare più efficiente. Un progetto chiamato NOtES, nato dalla ricerca della Simon Fraser University nella British Columbia, utilizza strutture di interferenza di luce su scala nanometrica per creare un timbro anti-contraffazione che è più difficile da decifrare di un ologramma e può essere "stampato" non solo sulla banca note, ma su una vasta gamma di altri oggetti. I tag di identificazione a radiofrequenza (RFID), che vengono utilizzati per qualsiasi cosa, dal tracciamento dell'inventario al rilevamento delle prestazioni dei propri pneumatici, tendono a non funzionare bene in ambienti estremi, in particolare in presenza di acqua o metallo. E così una società chiamata Omni-ID ha adattato il principio di interferenza per creare un RFID più affidabile, usando minuscole scale metalliche nei tag per migliorare la loro trasmissione di segnali radio.
Dato che il Morpho distribuisce il colore per attirare l'attenzione, sembra appropriato che anche la farfalla abbia ispirato la moda umana. Donna Sgro, una stilista di Sydney, in Australia, e autoproclamatasi "occasionale lepidotteri", ha creato tre abiti da un tessuto chiamato Morphotex, un materiale blu iridescente privo di pigmenti che trae il suo colore dalle interferenze ottiche. Sgro afferma che, mentre Morphotex elimina la necessità di coloranti (e quindi potenzialmente ha un impatto ambientale minore), il suo interesse andava oltre il solito "approccio progettuale di tipo soluzione-problema" che i biomimisti tendono a seguire. La moda, dopo tutto, è qualcosa di più del semplice bisogno di abbigliamento. In che modo il modo in cui la natura usa l'estetica può informare il modo in cui lo facciamo? Sgro sta attualmente studiando per un dottorato di ricerca in biomimetica e moda presso il Royal Institute of Fashion di Melbourne.
Robbins e io lasciammo il centro collezioni del Museo di storia naturale e andammo al vicino padiglione delle farfalle, ed era come un lefidoptero lovefest. Una donna inclinò il suo smartphone per fotografare un monarca che si nutriva di un fiore. Un turista giapponese esclamò quando una Fritillaria del Golfo atterrò sulla sua borsa a tracolla. Un bambino strillò mentre un peleide Morpho agitava lentamente le sue ali blu cangiante. Non è facile immaginare che questa scena si verifichi con qualsiasi altro insetto; giustamente o no, non visitiamo padiglioni grub o formica.
Ho chiesto del fascino particolare di questi insetti. "Non pungono, non mordono", ha detto. “Quelli che la gente vede sono generalmente carini. Alcuni di loro sono dannosi dal punto di vista agricolo, ma sono ragazzi piuttosto amichevoli e sono molto più carini della maggior parte degli altri insetti. ”Se solo, pensassi, le persone ora potrebbero sapere quanto possa essere utile tutta quella bellezza.
