IL LIBRO DELLA NATURA

LIGNINA BIOMIMETICA

La vita Naturale ha alle spalle 3,8 miliardi di anni di ricerca e sviluppo

Per più di 3,8 miliardi di anni la Vita sulla terra ha condotto una sperimentazione continua, di materiali, strutture e processi. Oggi come ieri le migliori idee sul pianeta sono quelle che funzionano e che risparmiano energia e materiali.

Qualunque sia la sfida che ingegneri, fisici e chimici e artigiani affrontano, sono elevate le le probabilità che una o più delle 30 milioni di creature viventi del mondo, non solo abbiano già affrontato la stessa sfida ma hanno già evoluto strategie efficaci per risolverla e prosperare.

Bormawachs ritiene che le discipline della biomimetica, bionica e del biodesign offrono una valido aiuto per risolvere problemi e migliorare materiali e processi produttivi. Ci sono molti esempi di cui l’uomo è riuscito a capire il principio di funzionamento, e a costruire degli oggetti che ne simulano e ne replicano l’efficacia e l’efficienza.

Superfici auto-idropulenti

Negli anni Novanta Wilhelm Barthlott, insegnante di Scienza delle Piante presso l’Università di Bonn, studiò foglie della pianta di loto (Nelumbo nucifera). Osservandone al microscopio la superficie, Barthlott scoprì che queste foglie hanno una particolare struttura superficiale, non sono lisce e compatte, ma presentano delle sporgenze su scala nanometrica. Questa nanostruttura è responsabile dell’effetto di super-iidrofobicità , l’acqua non viene assorbita ma forma delle gocce quasi sferiche (c’è un’alta tensione superficiale). Quando piove la singola goccia rotola sulla superficie, intrappolando e portando via con se polvere e sostanze estranee. L’idea di Barthlott è oggi è applicata industrialmente e commercializzata in una serie di prodotti, con il marchio “LOTUSAN” rivestimento “autopulente per facciate di case ed edifici.

Vetri anti-riflesso

La Natura ci ha insegnato molte cose a riguardo della riduzione del fenomeno di riflessione che avviene quando la luce viaggia da un mezzo all’altro con un diverso indice di riflessione, come aria e vetro, problema che si incontra nei pannelli solari, monitor e schermi, obiettivi fotografici, vetrine di negozi, ecc.

Il fenomeno di anti-riflessione osservato nell’ala della cicada, nell’ala delle libellule, nell’occhio della falena e nell’ala delle farfalle ha ispirato molti potenti materiali biomimetici. I principi di funzionamento sono: la creazione di molteplici strati nanostrutturati (gradiente di indice di rifrazione), strati nanoporosi  (in grado di intrappolare aria) oppure una struttura 3D di nanoconi in grado di intrappolare la luce. Ad esempio, le protuberanze strettamente compattate esagonalmente osservate in ali di cicada presentano una combinazione di funzione anti-riflessione e idrofobicità. La superficie nanostrutturata sugli occhi degli insetti, in particolare delle falene falco, permettere la visione al buio e la cattura di pochissima luce.

Le nanostrutture casuali nell’ala della farfalla di vetro garantiscono un elevatissimo grado di trasparenza, tale da produrre un’ala quasi invisibile. Sono stati compiuti grandi sforzi per riprodurre le nanostrutture presenti in queste superfici biologiche, tuttavia le differenze tra le nanostrutture d’origine naturale e la riproduzione artificiale sono evidenti.

Esempi applicativo è il trattamento Subwavelength Structure Coating (SWC) di CANON, una tecnologia di rivestimento delle lenti che minimizza il flare e gli effetti fantasma (ghosting) causati dalla luce riflessa.

Altro esempio è il Pilkington OptiView un vetro monolitico, con rivestimento antiriflesso su una superficie. Pilkington / Nanofilm hybrid anti-reflection coating – White paper Kieran J. Cheetham, Neil McSporran, Krish Rao, Stephanie L. Castro 1NSG European Technical Centre, Hall Lane, Lathom, L40 5UF, UK, www.pilkington.com

Adesivi meccanici

Nel 1941 fu brevettato un sistema di chiusura a strappo dall’ingegnere svizzero George de Mestral. Ispirato dai fiori della bardana che rimangono impigliati negli indumenti e nel pelo degli animali, grazie al sistema a uncini dei petali del fiore seccati.

L’ingegnere svizzero notò che ogni petalo presentava alla sommità un microscopico gancio, che permetteva degli incastri reversibili, paragonabili alla tecnica dell’uncinetto che “cattura” e “rilascia” il filo. Dall’osservazione di questo fenomeno progettò delle strisce di “uncinetti” in nylon combinate a strisce di tessuto, in grado di generare un meccanismo ad intreccio reversibile. Nasceva il “Velcro”, acronimo delle parole VELvet (velluto) e CROchet (uncinetto).

Strutture bioniche

Architetti, ingegneri, e designer hanno progettato nel corso della storia strutture traendo ispirazione da forme naturali.

Per Leonardo da Vinci (1452 – 1519) la Natura era indispensabile fonte di imitazione per le sue creazioni: attraverso approfonditi studi sull’anatomia dei volatili, gettò le basi per lo sviluppo di una Macchina Volante, un ornitottero, un aeromobile a superficie alare battente, il cui complesso meccanismo simulava i principi strutturali delle ali degli uccelli.

In tempi più vicini a noi, l’architetto e botanico Joseph Paxton, applicando le teorie biomimetiche progetto il tetto del Crystal Palace di Londra, edificio del 1854. I principi funzionali traevano ispirazione dalla pianta Victoria Amazonica, con l’intento di creare una struttura leggera reticolare, in acciaio e vetro, per massimizzare illuminazione e riscaldamento solare.

Strutture abitative con autoregolazione termica

Il sistema di ventilazione autonomo e naturale dei termitai sfrutta l’escursione termica per rigenerare un ambiente isolato, la cui temperatura rimane pressoché costante nonostante il caldo torrido diurno e il fresco delle notti.

Il progetto del EastGate Centre di Harare, in Zimbabwe, realizzato dall’architetto Mick Pearce è stato costruito e nonostante il clima del luogo in cui si trova non presenta alcun sistema convenzionale di ventilazione.

Per la sua realizzazione sono stati infatti applicati i principi dell’auto-regolazione e della ventilazione naturale osservabili nelle caratteristici nidi a pinnacolo delle termiti africane. In questo modo l’Eastgate Centre sfruttanto un sistema di climatizzazione naturale usa almeno il 10% in meno dell’energia che un edificio di quelle dimensioni normalmente consuma.

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