2018-10-11
Dai pesci agli uccelli copiamo le idee per i migliori brevetti
Il radar imita l'apparato del pipistrello, il cerotto ispirato dal polpo. E le branchie in 3D ci faranno respirare sott'acqua. Oggi la biomimetica è esplorata nei campi più vari, dall'ottica alla gemmologia, dall'informatica alla medicina, dall'ingegneria aerospaziale alla moda, dalla matematica alla difesa.Il primo a fare proprie le tecnologie messe a punto dalla natura attraverso milioni di anni di evoluzione fu Leonardo da Vinci, che già nel Cinquecento, nei suoi studi sulle macchine volanti, prendeva ad esempio il volo degli uccelli. Oggi la biomimetica, la disciplina che studia l'ambiente al fine di applicarne i principi a materiali e tecnologie artificiali, è in continua espansione. E ormai siamo circondati da brevetti «rubati» agli animali.Qualche esempio? Il sonar e il radar, che imitano l'apparato di geolocalizzazione del pipistrello; la super colla ispirata alle cozze, la cui aderenza agli scogli è a prova di onde; gli adesivi che replicano le zampe del geco, capace di aderire a una grande varietà di superfici, anche nel vuoto e sott'acqua, con milioni di minuscole setole. Esistono persino costumi da bagno che imitano la pelle dello squalo, riducendo l'attrito dell'acqua del 6%. Anche lo Sinkansen, il «treno proiettile giapponese», è stato perfezionato imitando la natura. All'inizio aveva infatti un problema: il rumore. Il cambiamento della pressione dell'aria produceva un grande tuono ogni volta che emergeva da una galleria. Finché Eiji Nakatsu, appassionato birdwatcher nonché direttore del dipartimento di ricerca e sviluppo della società ferroviaria nipponica, modellò il muso del treno ispirandosi al becco del martin pescatore, che per catturare i pesci penetra in acqua senza sollevare tanti spruzzi. Risultato: un convoglio più silenzioso con una velocità superiore del 10% e una riduzione energetica del 15%.Anche in architettura lo studio della natura può fornire spunti interessanti. È il caso dell'enorme centro commerciale Eastgate centre di Harare, in Zimbabwe, realizzato da Mick Pearce studiando il sistema di ventilazione dei nidi delle termiti africane, la cui temperatura rimane pressoché costante nonostante il caldo torrido diurno e il fresco delle notti. Pearce riuscì così a creare un edificio il cui sistema di climatizzazione naturale, basato su una serie di sfiati, consuma il 10% rispetto a un'analoga costruzione dotata di aria condizionata. Il microcosmo degli insetti, d'altronde, è una miniera per la biomimetica. Ad esempio la socialità delle formiche ha ispirato all'ingegnere informatico Marco Dorigo, dell'università di Bruxelles, modelli matematici per risolvere problemi di ottimizzazione del traffico. Mentre la geometria delle ragnatele è presa a modello da un team internazionale di ricercatori per nuovi materiali capaci di alterare, deviare e attenuare le onde sonore, riducendo l'inquinamento acustico. E poi c'è il microago ispirato al pungiglione della zanzara (è meno doloroso), il frigorifero che copia il metodo usato dalle api per tenere fresco l'alveare (e il risparmio energetico è garantito), i pannelli fotovoltaici che riproducono il nero delle ali di farfalla per assorbire più energia.Anche i robot imitano la natura. Sepios, progettato per l'esplorazione subacquea dagli studenti del Politecnico Federale di Zurigo (Svizzera), si sposta emulando i movimenti di una delle più eleganti ed efficienti creature marine: la seppia. E così, grazie alle sue quattro morbide e silenziose pinne propellenti, non rischia di rimanere impigliato tra le alghe e non disturba le altre creature acquatiche. Riproducendo il polpo poi i ricercatori sono riusciti a costruire un robot con tentacoli capaci di afferrare e di compiere operazioni complesse, come aprire un vaso. È stato costruito anche un robot-topo, con tanto di pelliccia per renderlo più verosimile: chiuso in gabbia con un topo vero, gli ha insegnato come aprire un erogatore di cibo. Esiste pure il robot-pesce che, «infiltrato» in un banco di veri pesci, sa guidarli in zone sicure o, al contrario, può accompagnarli verso la rete che li pescherà.Tra gli automi che imitano gli animali c'è pure il robot-ghepardo, capace di correre fino a 50 chilometri all'ora. «Si costruiscono robot che si muovono come gli animali per farli lavorare al fianco dell'uomo: sono più forti, più agili e capaci di svolgere lavori pesanti», spiega Cesare Stefanini, ricercatore di Bio robotica della Scuola superiore Sant'Anna di Pisa. Costruirli «aiuta inoltre a carpire i segreti di alcuni animali, come la capacità dei gechi di camminare a testa in giù su pareti lisce», prosegue il ricercatore. «In questo modo abbiamo capito che le zampe del geco sono equipaggiate con minuscoli ganci». Il sogno più grande dei ricercatori sono i robot-formica: «Costruirli significherebbe mettere a punto una macchina con una forza straordinaria e una notevole capacità organizzativa». Oggi la biomimetica è esplorata nei campi più vari, dall'ottica alla gemmologia, dall'informatica alla medicina, dall'ingegneria aerospaziale alla moda, dalla matematica alla difesa. E le tecnologie in via di sviluppo sono tantissime. Ad esempio copiando le ventose dei polpi un gruppo di ricercatori sudcoreani ha ideato un nuovo tipo di cerotto, non ancora in commercio, che funziona anche in acqua e che si può staccare e riattaccare centinaia di volte.Mentre la compagnia tunisina Tyler Wind sta lavorando a una turbina eolica che sfrutta l'energia del vento imitando il volo dei colibrì. Il marchingegno si basa su un sistema di due pale che oscillano disegnando nell'aria un 8, con lo stesso movimento effettuato dai piccoli uccelli quando stazionano in volo. Il prototipo, per ora ancora in fase di test, dovrebbe essere meno rumoroso degli impianti tradizionali e disturbare meno il volo degli uccelli.Il designer giapponese Jun Kamei, ispirato dagli insetti che sanno immergersi sott'acqua, ha progettato Amphibio, un sistema di branchie indossabili stampate in 3D che consentirà all'uomo di respirare in immersione come i pesci. Il marchingegno, formato da una canotta e una maschera, è in grado di estrarre ossigeno dall'acqua e di espellere anidride carbonica, così come fanno tutti gli animali dotati di branchie. Al momento è disponibile solo un prototipo, testato in scala ridotta in un acquario. Sempre proiettandoci nel futuro, Airbus sostiene che, entro il 2050, vedremo aerei di linea volare a stormo come gli uccelli. Perché? Servirà a ottimizzare l'aerodinamica e a risparmiare carburante. La natura, come sempre, insegna.
