Che cosa possiamo imparare da squali, ossa e funghi mucillaginosi: la bionica nell’industria e nel design dei materiali

 

Aerei a basso consumo di carburante, che sembrano pesci predatori, stabili costruzioni leggere a forma di favo o chiusure a strappo, ispirate ai frutti della lappola: sono tutti esempi riconducibili alla bionica, ovvero all’applicazione di fenomeni naturali in ambito tecnico.

Da molto tempo ormai la bionica si è affermata come campo di ricerca e componente fissa della nostra quotidianità. L’Associazione degli ingegneri tedeschi (Verein Deutscher Ingenieure o VDI) definisce la bionica come un “insieme di approcci di ricerca e sviluppo (…), che perseguono l’obiettivo dell’applicazione tecnica e che, cercando soluzioni a problemi, invenzioni e innovazioni, traggono insegnamenti dall’analisi di sistemi viventi, applicando poi queste conoscenze a sistemi tecnici”.


L’obiettivo è chiaro: gli ingegneri si basano su esempi biologici, per trovare soluzioni creative ed efficienti a sfide di carattere tecnico. Confidano nel fatto che in miliardi di anni di evoluzione la natura abbia già trovato una soluzione al loro problema. In questo modo vogliono, ad esempio, rendere più leggeri e durevoli prodotti e materiali. Sperano, inoltre, di riuscire a risparmiare materie prime e denaro, perché nessuno utilizza le risorse e l’energia in maniera tanto efficiente quanto la natura.


Tutte queste considerazioni non sono nate nel presente, ma affondano le loro radici già nel tardo Medioevo. Un breve excursus? Volentieri.

Da Vinci, gli uccelli e il Biology Push

Uno dei pionieri della bionica è stato il leggendario genio universale Leonardo da Vinci (1452-1519). Da Vinci osservò e studiò il volo degli uccelli e dei pipistrelli, cercando di fare confluire quanto appreso nella progettazione di aeromobili. Purtroppo i materiali nell’epoca non erano sufficientemente stabili, per realizzare il sogno del volo. Tuttavia, già all’epoca Da Vinci era consapevole del fatto che:

 

Ancora che lo ingegno umano faccia invenzioni varie (...),
mai esso troverà invenzione più bella,
né più facile, né più breve della natura,
perché nelle sue invenzioni nulla manca e nulla è superfluo.

 

 

Estratto da “Il codice sul volo degli uccelli” di Leonardo Da Vinci, conservato presso la Biblioteca Reale di Torino.

 

L’approccio adottato da Da Vinci viene oggi chiamato Biology Push. Vale a dire che gli ingegneri si basano su conoscenze biologiche, per sviluppare soluzioni tecniche. Ne sono un esempio la chiusura a strappo e l’effetto loto® per superfici autopulenti, che prende spunto dai fiori di loto. Il contrario del Biology Push è il cosiddetto Technology Pull: in questo caso gli ingegneri partono dall’esposizione di un problema tecnico, cercandone la soluzione in natura. Un ottimo esempio a tal proposito è il rivestimento anti-incrostazioni delle navi, che impedisce la formazione di alghe e organismi marini. Questa verniciatura si ispira alla pelle degli squali, che è altamente immune ai parassiti. E non è tutto quello che copiamo dagli squali...

 

 

Altri esempi di bionica:

Record mondiale grazie a una tecnologia basata sugli squali: Nel 2000 il campione del nuoto Ian Thorpe stabilì un nuovo record mondiale di stile libero ai mondiali di Berlino. Il clou: per la gara Thorpe indossò una muta realizzata con un materiale, che imitava anch’esso la pelle degli squali. La struttura superficiale, costituita da tanti piccoli “denti”, riduceva la resistenza d’attrito dell’acqua, offrendo probabilmente un vantaggio decisivo nella lotta per il miglior tempo.

Le ossa come modello per strutture leggere: È ben noto che il favo viene ormai utilizzato come modello per realizzare precise strutture leggere, soprattutto nell’ambito della stampa 3D. Ma anche noi umani diamo un importante contributo in tal senso, più precisamente con il nostro corpo: Gustave Eiffel prese ad esempio la struttura delle ossa umane, caratterizzate da innumerevoli cavità e fini trabecole, che offrono stabilità, proprio laddove agiscono i pesi. Un uso decisamente efficiente dei materiali! Fu così che alla fine del XIX secolo l’ingegnere francese ideò la marcata struttura a traliccio della Tour Eiffel.

Funghi mucillaginosi per un traffico più efficiente: Il fungo mucillaginoso (Physarum polycephalum) è una delle forme di vita più antiche del nostro pianeta. In realtà non è un fungo, bensì un organismo unicellulare. Può sembrare primitivo, ma non è affatto così: il fungo mucillaginoso si allarga a rete alla ricerca di cibo, trovando sempre il collegamento più breve tra due punti. I nodi del suo tessuto sono il più minimalista possibile. In questo caso parliamo, quindi, di una struttura leggera e di un perfetto senso dell’orientamento. Il che rende il fungo mucillaginoso interessante soprattutto per la pianificazione di efficienti sistemi di trasporto.

 

 

Un esempio di perfetto senso dell’orientamento: la struttura a rete del fungo mucillaginoso.

 

 

Questi prodotti MISUMI si ispirano alla natura

I gel antivibrazioni riducono le vibrazioni. È lo stesso principio dei dischi della colonna vertebrale, che hanno al loro interno un nucleo gelatinoso.

 

 

 

Tramite ventose è possibile far aderire temporaneamente qualcosa a superfici lisce, sfruttando la depressione. Numerosi animali marini, come polipi o remore, utilizzano lo stesso metodo.

 

 

 

I nastri con chiusura a strappo servono a unire due oggetti in maniera reversibile. Il loro inventore, lo svizzero Georges de Mestral, si ispirò ai frutti, che trovò impigliati nella pelliccia dei suoi cani.

 

 

 

I perni filettati con giunto sferico creano un raccordo, che si può muovere in tutte le direzioni. Alla stessa maniera funzionano le articolazioni della spalla e dell’anca di esseri umani e animali.

 

 

 

Gli obiettivi catturano la luce, dirigendola su un sensore, proprio come il cristallino dell’occhio fa con la retina.