giovedì, luglio 29, 2021

QUANDO È MADRE NATURA A DARE UNA MANO ALLA SCIENZA UMANA: DAI SEGRETI DELLE "SPUGNE DI VETRO" MARINE ALLA PROGETTAZIONE DI INNOVATIVI AEREI, BARCHE E GRATTACIELI.

Oristano 29 luglio 2021

Cari amici,

"Le spugne marine (Euplectella aspergillum), note anche come Cestelli di Venere, sono degli organismi marini molto interessanti che vivono ancorati nei fondali oceanici e costruiscono una sorta di scheletro in vetro usando silice, che, contrariamente a quanto ci si possa attendere, risulta particolarmente resistente". Sono le parole di Giacomo Falcucci dell’Università di Roma Tor Vergata, che di recente ha coordinato un team che ha operato su questi organismi unitamente all’Istituto Italiano di Tecnologia e all'Università della Tuscia.

Questo Team nello svolgimento della ricerca ha scoperto che questi organismi potrebbero dare vita e aprire le porte ad innumerevoli applicazioni nel campo della progettazione di innovativi aerei, barche e anche grattacieli. Si, amici, dalla scoperta dei segreti delle spugne di vetro si studiano incredibili applicazioni a dir poco fantascientifiche, come ha riportato lo studio pubblicato sulla rivista Nature dal gruppo di ricerca. Un gruppo di ricerca internazionale, guidato da Giacomo Falcucci, dell’Università di Roma Tor Vergata, unitamente a Sauro Succi dell’Istituto Italiano di Tecnologia (Iit) e Maurizio Porfiri della Tandon School of Engineering della New York University.

Per la prima volta sono state analizzate le caratteristiche idrodinamiche di questi organismi, grazie a simulazioni fatte con uno dei più potenti supercomputer al mondo, il Marconi 100 del Cineca. Come ha commentato Giacomo Falcucci all’ANSA, “Finora molti studi ne avevano studiato la resistenza, noi invece ne abbiamo analizzato per la prima volta le caratteristiche idrodinamiche, ossia come facciano a resistere alle correnti d’acqua”. Quello che è emerso dalla ricerca è stato qualcosa di inatteso: grazie al sistema di fori e creste che ne caratterizzano lo scheletro, i Cestelli di Venere riescono a ridurre la resistenza con l’acqua, ossia riescono a farla scorrere limitandone di molto l’attrito e generano all’interno del cestello un ricircolo più efficace per filtrare l’acqua e facilitare lo scambio di gameti nei periodi della riproduzione.

Caratteristiche davvero molto interessanti - ha commentato Giacomo Falcucci - che, siamo certi, potranno ora trovare applicazioni nella progettazione di nuovi materiali e schemi in barche, aerei o grattacieli”. In pratica in tutte le strutture che in un modo o nell’altro devono ridurre la loro resistenza a un fluido, acqua o aria che sia. Per arrivare a queste conclusioni sono serviti anni di studio necessari a sviluppare i codici per la simulazione software di queste complesse strutture e mesi di lavoro per il potente supercomputer Marconi 100 del Cineca, capace di compiere quasi 32 milioni di miliardi di calcoli al secondo.

Cari amici, queste spugne marine, che oggi vengono raccolte ed essiccata solo a scopo decorativo e ornamentale, in passato in alcune culture tradizionali dell'Asia venivano usate come “dono da regalare ai novelli sposi” come simbolo di fedeltà coniugale; la motivazione derivava da una curiosità: al suo interno spesso si installava una coppia di gamberetti (Spongicola venusta), che vi entravano come larve attraverso i pori, ma crescendo la coppia non riuscendo più ad uscire, trascorreva in simbiosi al suo interno tutta la vita.

Tornando al recente, interessantissimo studio, frutto della collaborazione tra eccellenti università e centri di ricerca, questo si colloca alle frontiere della Fisica, della Biologia e dell'Ingegneria. Il prof. Nathan Levialdi, Prorettore vicario e già Direttore del Dipartimento di Ingegneria d'Impresa “Mario Lucertini”, dell’Università di Roma Tor Vergata, ha così commentato: «La sfida del millennio per l'uomo è riuscire a realizzare strutture in grado di auto-adattarsi velocemente alle evoluzioni delle condizioni esterne, ottimizzando le risorse disponibili, anche in un'ottica di sostenibilità ambientale. Lo studio delle proprietà costitutive e adattative degli organismi viventi fornisce stimoli e indicazioni fondamentali. Il punto di forza di questo studio sulle spugne di profondità è il rigoroso approccio multidisciplinare, che ha permesso di ampliare le prospettive di analisi e l'utilizzo di strumenti super performanti, fornendo un impulso determinate all'evoluzione della ricerca e della progettazione ingegneristica».

La struttura della Euplectella aspergillum, riprodotta in Italia da Pierluigi Fanelli dell'Università della Tuscia, ricorda un delicato vaso di vetro a forma di tubo cilindrico a parete sottile con un grande atrio centrale, composto da spicole silicee. Le spicole sono composte da tre raggi perpendicolari, che danno loro una forma a sei punte. Le spicole microscopiche "tessono” insieme una maglia molto fitta, che conferisce al corpo della spugna una rigidità non riscontrata in altre specie di spugne e consente loro di sopravvivere a grandi profondità nell’oceano.

Cari amici, la ricerca portata avanti da questo team, che indaga il ruolo della geometria della spugna relativamente alla sua risposta al fluido circostante, potrà avere notevoli implicazioni per la progettazione ingegneristica del futuro: da nuove strutture a bassa resistenza per la realizzazione di navi e fusoliere di aeroplani, fino ad arrivare a innovativi grattacieli, più alti e più snelli di quelli attuali. «Ci sarà meno resistenza aerodinamica sui grattacieli costruiti con un simile reticolo di creste e fenestrature? La distribuzione delle forze applicate risulterà ottimizzata? Rispondere a queste e ad altre domande è un obiettivo chiave del nostro gruppo di ricerca», ha dichiarato Giacomo Falcucci.

Il futuro, in realtà, potrà attingere sempre più dallo studio della natura, sempre più maestra di vita!

A domani.

Mario

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