Di Yathin sk – Opera propria, CC BY-SA 3.0,
Grazie a microscopi ad alta risoluzione e alla tecnologia 3D, i ricercatori della Johns Hopkins University e del Massachusetts Institute of Technology hanno catturato una visione senza precedenti delle piume della grandule del Namaqua (Pterocles namaqua), un animale che vive nel deserto, mostrando la singolare architettura delle sue piume e rivelando per la prima volta come possano trattenere così tanta acqua. “È estremamente affascinante vedere come la natura sia riuscita a creare strutture così perfettamente efficienti per accogliere e trattenere l’acqua“, ha dichiarato il coautore Jochen Mueller, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e dei Sistemi della Johns Hopkins, specializzato in materiali e design intelligenti. “Da un punto di vista ingegneristico, pensiamo che le scoperte possano portare a nuove creazioni bio-ispirate“. Il lavoro è pubblicato su The Royal Society Interface. Le grandule, che vivono nei deserti africani, nidificano in genere a circa 20 miglia dalle pozze d’acqua per stare al sicuro dai predatori. Per portare a casa l’acqua ai pulcini assetati, i maschi adulti compiono uno dei migliori esempi di trasporto in natura, raccogliendo l’acqua e volando a casa con essa, un’impresa resa ancora più straordinaria se si considera che trattiene circa il 15% del suo peso corporeo in acqua e ne mantiene la maggior parte al sicuro durante un volo di circa 40 miglia all’ora che dura circa mezz’ora. I maschi sono gli unici uccelli noti per trattenere l’acqua in questo modo: le loro piume del ventre, appositamente adattate, sono il loro recipiente. Altri ricercatori hanno documentato per la prima volta queste straordinarie piume del ventre più di 50 anni fa. Ma solo ora, grazie alla moderna tecnologia, il team può finalmente dimostrare il funzionamento delle piume. Mueller e l’ingegnere del MIT Lorna J. Gibson hanno individuato la microstruttura delle piume del ventre utilizzando la microscopia elettronica a scansione, la tomografia microcomputerizzata, la microscopia ottica e la videografia 3D, osservando da vicino i fusti, ognuno dei quali è una frazione della larghezza di un capello umano, e gli ancor più minuscoli singoli barbigli.
Il team ha ingrandito notevolmente le piume, osservandole sia asciutte che bagnate. Poi, mentre erano ingrandite, le piume asciutte sono state inzuppate nell’acqua, estratte e poi immerse di nuovo, proprio come succede quando le grandule si abbeverano. Mueller ha descritto la struttura delle singole piume come “magnifica”, con componenti ottimizzati in diversi modi per trattenere l’acqua, tra cui il modo in cui si piegano, il modo in cui i barbigli formano ammassi protettivi simili a tende quando sono bagnati e il modo in cui le strutture tubolari all’interno di ciascun barbiglio catturano l’acqua. “È questo che ci ha entusiasmato, vedere quel livello di dettaglio”, ha detto Mueller. “È questo che dobbiamo capire per poter utilizzare questi principi per creare nuovi materiali”. Il team ha anche modellato computazionalmente l’assunzione di acqua da parte delle piume.
Le reti per la raccolta dell’acqua, bottiglie, zaini sportivi: questi gli oggetti da costruire ispirati alle piume
Mueller e Gibson prevedono che le loro scoperte saranno alla base di futuri progetti ingegneristici che richiedono un assorbimento controllato, una ritenzione sicura e un facile rilascio dei liquidi. Le possibili applicazioni includono la progettazione di reti per raccogliere e trattenere l’acqua dalla nebbia e dalla rugiada nelle regioni desertiche; una bottiglia d’acqua progettata per evitare fastidiosi oscillamenti e sbattimenti. Per la bottiglia d’acqua o lo zaino sportivo, stanno pensando a un design che contenga in modo sicuro molto liquido, ma che includa un sistema interno simile a una piuma che impedisca all’acqua di oscillare mentre ci si muove con essa. Oppure tamponi medici di nuovo livello, più facili da usare, “in cui è possibile assorbire efficacemente il liquido, ma è molto più facile rilasciarlo”. Il team ha in programma di stampare strutture simili in 3D e di perseguire applicazioni commerciali.
