Che cosa potrebbe insegnarci la natura?
da What could Nature teach us?, Case Studies
Biomimicry Institute

traduzione di Franca Bossalino

Imparare dagli squali
Gli squali possono evocare la sensazione di grandi e temibili predatori, ma un giorno gli uomini potranno pensare agli squali come a dei grandi maestri. I costruttori di barche e i designer di mute oggi stanno analizzando gli squali per i loro progetti. Più antichi dei dinosauri, le soluzioni progettuali generate nei 400 milioni di anni della loro odissea evolutiva e incorporate nella loro forma contemporanea ci confermano che abbiamo ragione a pensare che gli squali possano darci qualche lezione. Durante questo lunghissimo periodo di tempo, l’evoluzione dello squalo ha affrontato con successo un certo numero di sfide progettuali che si sono rivelate direttamente attinenti alle sfide tecnologiche che l’umanità deve affrontare attualmente se vuole diventare una specie sostenibile.

La pelle dello squalo è una meraviglia multifunzionale. L’acqua del mare e gli innumerevoli potenziali ecto-parassiti che vivono al suo interno (bamacle, larve, alghe, batteri etc.) sono una continua minaccia per gli squali per i quali muoversi in modo efficiente nell’acqua è un imperativo[…]. Grazie al suo design ingegnoso, la pelle fornisce un aiuto essenziale a tale scopo, riducendo l’attrito e autoeliminando gli ecto- parassiti dalla sua superficie. I costruttori di barche hanno sviluppato recentemente un grande interesse per il modo in cui gli squali si muovono senza impedimenti nell’acqua, perchè l’attrito e l’attaccamento di organismi sullo scafo di una barca sono le principali fonti della inefficienza energetica. Per decenni i designer e gli ingegneri moderni interessati all’efficienza del movimento hanno concentrato la loro attenzione sulla forma e la levigatezza degli oggetti. Howard Hughes, Pilota dell’ H1, per esempio-un aereo che ha battuto numerosi record di velocità negli anni ’30- ha introdotto nel design caratteristiche rivoluzionarie, come il carrello d’atterraggio retrattile. Negli ultimi tempi, armati di uno strumento più potente per le osservazioni (un microscopio elettronico) designer e ingegneri stanno elaborando la valutazione dell’impatto delle interazioni dinamiche sulle superfici sottili, scoprendo che la pelle dello squalo è tutt’altro che liscia.
Le piccolissime scaglie che la costituiscono- i ‘denticoli dermici’- hanno delle scanalature longitudinali per cui l’acqua scorre sulla loro superficie con maggiore efficienza, mentre sulle superfici lisce, il flusso dell’acqua si rompe in vortici turbolenti , rallentando il movimento: poiché la velocità dell’acqua che scorre sulla superficie di un oggetto è inferiore a quella dell’acqua che scorre lontano dall’oggetto, è proprio questa differenza di velocità che crea i vortici e rallenta il movimento dell’oggetto.

Nel caso dello squalo, le scalmanature presenti nelle scaglie riducono la formazione di vortici in un sorprendente numero di modi:
1) i solchi rafforzano il flusso, incanalandolo;
2) aumentano la velocità dell’acqua sulla superficie della scaglia, riducendo la differenza di velocità tra l’acqua che scorre sulla superficie della scaglia e quella che scorre intorno;
3)attirano l’acqua più veloce verso la superficie dello squalo che mischiandosi all’acqua circostante, riduce la differenza di velocità tra le due;
4) infine, interrompono la continuità dello strato di acqua che scorre sulla superficie dello squalo in modo tale che qualunque turbolenza si generasse provocherebbe vortici di minore entità.

Contemporaneamente, tre fattori contribuiscono ad evitare che gli organismi marini aderiscano alla pelle dello squalo:
- l’accelerazione del flusso d’acqua sulla superficie della scaglia riduce la durata del contatto dei parassiti;
- l’arruffarsi del nano-tessuto della pelle dello squalo riduce la superficie disponibile per l’aderenza di tali organismi;
- le stesse scaglie si allineano o si sfasano mentre lo squalo si muove, in risposta ai cambiamenti della pressione interna ed esterna, creando un”obiettivo mobile” per i parassiti.

Perchè è importante
I nuovi rivestimenti per le barche che imitano la texture della pelle degli squali e i sottili movimenti delle scaglie, hanno dimostrato di ridurre l'attacco dei parassiti del 67% rispetto alle superfici convenzionali, e di essere completamente autopulenti alla velocità di 4 o 5 nodi. Di conseguenza aumenta l'efficienza energetica degli scafi e si elimina l'impiego di sostanze chimiche tossiche contro l'attacco dei parassiti. Inoltre, il trasporto di specie acquatiche invasive da una località geografica all’altra si riduce enormemente.
L’applicazione di rivestimenti ispirati alla pelle dello squalo, oltre che alle barche, si estende a un’ampia gamma di situazioni: dagli impianti medici per migliorarne le prestazioni alle mute per accelerare l’immersione. La Speedo, ad esempio, ha incorporato nelle sue mute tessuti dello stesso tipo. Il 3% dell’aumento della velocità nel nuoto dovuta alla muta con la “pelle di squalo” ha contribuito probabilmente al fatto che l’80% delle medaglie vinte alle Olimpiadi del 2000 nel nuoto furono vinte da atleti che indossavano mute Speedo’s Fastskin; alcuni di loro hanno anche battuto i record mondiali. Speedo ha ulteriormente modificato la sua Fastskin grazie alla ricerca continua sulla pelle dello squalo ed ha aumentato ancora la velocità dei nuotatori che la indossano, creando delle aspettative ulteriori sulla performance della muta nelle Olimpiadi del 2008.
Oltre che per la sua pelle, gli squali stanno ispirando altre innovazioni tecnologiche. La BioPowerSystems, ad esempio, ha sviluppato un dispositivo simile alla coda dello squalo che converte l’energia delle onde in energia elettrica e che, con molta probabilità è capace di contrastare le condizioni climatiche estreme e riducendo le probabilità di danneggiare le specie marine-come fanno i generatori di corrente a lame. La ricerca in atto sugli squali è anche diretta a stabilire se questi abbiano speciali meccanismi immunitari per ridurre l’incidenza del cancro e se una sostanza simile a un gel che gli squali producono possa trasformare le differenze termiche in elettricità.
Ci sono più di 450 specie differenti di squali. Comunque, la salute della popolazione mondiale degli squali preoccupa molto. Ogni anno il numero di squali uccisi dagli uomini cresce. Di conseguenza la popolazione globale degli squali si stima che si sia ridotta di oltre il 70% negli ultimi due decenni, portando dozzine di specie verso l’estinzione e producendo cambiamenti ecologici fondamentali per gli oceani. Il 20% delle specie di squali del mondo sono adesso definite ‘a rischio di estinzione’, e nuove specie si aggiungono all’elenco ad ogni censimento.


testo originale

Imparare l’efficienza dal martin-pescatore
Lo Shinkhansen, il ‘treno proiettile’ delle Ferrovie Giapponesi, è il treno più veloce del mondo, che viaggia a 320 km /ora. Il problema? Il rumore. Il cambiamento della pressione dell’aria produce un grande tuono ogni volta che il treno emerge da una galleria, provocando la protesta di chi abita alla distanza di mezzo km. Eiji Nakatsu l’ingegnere capo delle ferrovie attento osservatore di uccelli si è chiesto: <C’è qualcosa in natura che viaggia velocemente e silenziosamente tra due mezzi molto diversi?> Modellando il muso del treno sul becco del martin-pescatore, che per catturare un pesce passa dall’aria all’acqua alzando piccolissimi spruzzi, ha ottenuto non solo un treno più silenzioso ma anche la riduzione del 15% di elettricità viaggiando a una velocità superiore del 10%.

Imparare dalla pianta del loto a pulire senza detersivi
Chiedete a qualunque studente delle elementari o a un adulto in che modo le foglie si proteggono dall’acqua e certamente vi risponderanno: “Perché sono sottili”. Eppure, una delle foglie più idrorepellenti è la foglia del Loto (Nelumbo Lucifera) e non è affatto sottile. Le miriadi di cervici che costituiscono la sua superficie- al microscopio ruvida- intrappolano un labirinto di aria in cui le gocce di acqua più piccole galleggiano in modo tale che la minima brezza o inclinazione della foglia fanno rotolare quelle più grandi che trascinano via le piccole particelle di sporco. Oggi, si sono introdotti additivi dalla superficie microscopicamente ruvida in una nuova generazione di tinte, vetri e tessuti, che riducono notevolmente l’uso di pulenti chimici.
Per esempio, il GreenShield, un tessuto di rivestimento prodotto dalla G3i, basato sull’effetto loto, ottiene la stessa impermeabilità all’acqua e alle macchie di un tessuto di rivestimento convenzionale usando una quantità 8 volte più piccola di sostanze nocive al fluoro.

Imparare dalle termiti a costruire edifici sostenibili
Noi pensiamo di solito che le termiti distruggano gli edifici, non che aiutino a progettarli. Ma un edificio costruito ad Harare- nello Zimbabwe, l’Eastgate Building, ha un sistema di condizionamento dell’aria che si ispira alle collinette delle termiti Macrotermes michaelseni, che mantengono la temperatura del loro nido a 1°C, giorno e notte con temperature esterne che variano da 42°C a 3°C). L’attività edilizia rappresenta il 40% di tutta l’energia usata dall’umanità, pertanto, imparare a progettare in modo più sostenibile è di vitale importanza. L’architetto Mick Pearce ha collaborato con gli ingegneri dello studio Arup Associates nel progetto di Eastgate, che impiega il 90% in meno di energia per la ventilazione rispetto a un qualunque edificio convenzionale della stessa dimensione, ed ha già risparmiato oltre 3.5 milioni di dollari per il condizionamento dell’aria.

Imparare dai polmoni umani a sequestrare il carbonio
Lo studio del funzionamento dei polmoni dell’uomo è d’ispirazione per nuove tecnologie che rimuovono all’origine il biossido di carbonio dagli impianti evitando a questo gas serra di raggiungere la nostra atmosfera e di riscaldare il pianeta. I nostri polmoni hanno tre principali modalità di adattamento, da cui deriva la loro efficacia nella rimozione di CO2:
1) una membrana supersottile che consente alla CO2 di attraversarli velocemente;
2) una enorme superficie (se dispiegassimo la superficie di scambio dei nostri polmoni sarebbe 70 volte la superficie del nostro corpo- circa la dimensione di un campo da pallavolo);
3) dei traduttori chimici specializzati, precisamente l’anidrase carbonica, che permettono di rimuovere la CO2 dalla nostra circolazione sanguigna a una velocità migliaia di volte superiore di quanto sarebbe possibile senza. Nelle prove fatte dalla Carbozyme Inc., i filtri artificiali che si ispirano al funzionamento dei nostri polmoni hanno rimosso il 90% di CO2 dai fumi che attraversano i camini delle ciminiere. Contemporaneamente, altre tecnologie basate sull’enzima anidrase carbonica che si trova in animali come i molluschi, sono riuscite a trasformare la CO2 in calcare che può essere accumulato o usato come materiale edilizio.

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