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Come i peli di animali possono ispirare la tecnologia più pulita
Il tuo cane odora e segue il fango per tutta la casa, certo, ma non sorprende che il signor Barks non sia un mucchio di detriti ambulante? E che dire di quei piccoli moscerini della frutta: non dovrebbero bastare poche particelle di polvere per rovinare la loro aerodinamica?
Un'ape ha lo stesso numero di peli di uno scoiattolo.
Queste sono le domande poste dai fisici-biologi David Hu della Georgia Tech e dal suo studente laureato Guillermo Amador del Max Planck Institute. I due di recente ha pubblicato una recensione nel Giornale di sperimentazione Biologia e un articolo successivo in Scoprire . La loro ricerca non è solo affascinante di per sé (aspetta di sentire parlare di cincillà e SUV), ma ha alcune ingegnose implicazioni per la progettazione di tecnologie sensibili allo sporco come lenti e pannelli solari.
I capelli sembrano l'incubo di un igienista. Si riduce alla superficie: più superficie ha un oggetto, più spazio c'è per l'accumulo di polvere e altre particelle. (I miei lettori potrebbero ricordare che i piedi pelosi dei gechi, e la loro superficie relativamente massiccia, è ciò che consente alle lucertole di aderire anche a superfici lisce.)
A questo proposito, sembra che siamo fortunati a essere la scimmia glabra. Ma anche la scimmia più pelosa non ha niente addosso Api (cioè le api mellifere) in pura pelosità libbra per libbra. Secondo i ricercatori Scoprire articolo:
Noi persone abbiamo circa 100.000 capelli sulla nostra testa . Il numero di peli su altri animali è relativamente sbalorditivo. Una farfalla ha 100 miliardi di peli, più di 10 volte quelli di un castoro. L'ape ha 3 milioni di peli, lo stesso numero di uno scoiattolo.
Quando i ricercatori hanno estrapolato dai capelli alla superficie, i risultati diventano decisamente sbalorditivi:
Abbiamo scoperto che in media i peli aumentano la superficie apparente di un animale di un fattore cento. Pertanto, un gatto ha una superficie di un tavolo da ping pong. (Questo spiega perché è [ sic ] è così difficile pulire gli animali domestici.) Un cincillà ha la superficie di un SUV. E una lontra marina ha la superficie di una pista di hockey.
Ciò significa che l'igiene è potenzialmente un enorme pozzo di energia per gli animali, animali che preferirebbero, in senso evolutivo, usare quell'energia per trovare cibo o trovare compagni. C'è stata una forte forza selettiva che ha plasmato gli animali per rimanere puliti nel modo più efficiente possibile. Una pulizia efficace, osservano i ricercatori, riguarda tanto la progettazione di una superficie pronta a facilitare [la pulizia] quanto la progettazione di un buon strumento di pulizia.
Il punto cruciale: un animale si pulisce gratuitamente se ha il giusto tipo di superficie. Se abbiamo questa mentalità, forse possiamo progettare nuovi dispositivi che si puliscano anche gratuitamente.
Individuano i pannelli solari e gli occhi d'ape. Entrambi hanno bisogno di far entrare la luce. I pannelli solari non producono più energia possibile ogni anno a causa dell'accumulo di polvere. Se visto attraverso un microscopio elettronico a scansione, l'occhio di un'ape sembra un puntaspilli; a Hu e Amador sembra ispirazione:
Immagina i pannelli solari progettati come gli occhi di un insetto. I filamenti sottili potrebbero essere posizionati periodicamente per sospendere la polvere sopra il pannello, ma consentire comunque alla luce di penetrare. La pulizia del pannello equivarrebbe semplicemente a strofinarlo con un altro pennello. Proprio come gli insetti, il pannello potrebbe essere pulito senza l'uso di acqua o prodotti chimici. Allo stesso modo, le videocamere, gli occhi dei robot potrebbero essere cerchiati di ciglia per ridurre la deposizione. La costruzione di sistemi pelosi sintetici è l'oggetto della nostra sovvenzione della National Science Foundation, Ingegneria degli occhi degli insetti .
Prendere in prestito idee dalla natura è un'orgogliosa tradizione nell'ingegneria. E perchè no? La selezione naturale modella gli organismi da almeno 3,5 miliardi di anni. Quando i suoi obiettivi e i nostri si allineano, come hanno fatto con le sbavature della pianta di bardana e il desiderio condiviso dell'ingegnere svizzero George de Mestral di attaccare un oggetto all'altro, nascono le invenzioni .
Le altre applicazioni naturali dei capelli si estendono ben oltre la polvere: i puntaspilli in nanoscala sulle ali delle cicale sono così piccoli e affilati che in realtà fanno scoppiare i batteri come palloncini d'acqua. La pelliccia di lontra marina è estremamente densa, respinge l'acqua e fornisce un eccellente isolamento. I baffi di gatti e roditori sono squisiti dispositivi sensoriali. Lungo breve, lino o cera , i capelli sono innegabilmente un obiettivo primario per la biomimetica.
In chiusura, Hu e Amador sfidano il paradigma regnante dell'iFuture e offrono invece una visione molto più irsuta di una tecno-utopia:
In genere immaginiamo futuri robot ricoperti da superfici lisce e lucide, come un'automobile cromata. Ma in natura, le superfici lisce non sono certo la norma. I futuri tavoli potrebbero avere perni di dimensioni nanometriche che allungano e uccidono i batteri al contatto. I rover robotici possono essere ricoperti da peli che rilevano l'ambiente circostante, sospendono le particelle e consentono una facile pulizia. In effetti, il futuro potrebbe sembrare piuttosto complicato.