La Natura. Un bagaglio di idee per la tecnologia

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La bionica  è la scienza che studia i principi dell’organizzazione degli esseri viventi per la loro applicazione alle necessità tecniche. Essa è l’argomento chiave della giornata «Tecnology day: Bionica – imparare dalla Natura» che si terrà il 24 luglio a Bolzano

 

«Osserva in profondità, nel profondo della natura, solo così potrai comprendere meglio ogni cosa»(A. Einstein)

 La «scienza che studia le analogie strutturali e funzionali esistenti fra organismi viventi e dispositivi elettronici, allo scopo di costruire apparecchiature che svolgono funzioni tipiche degi organismi viventi».

Essa prende spunto dalle «invenzioni della Natura» e le applica alle tecnologie moderne.

Il termine «Bionica» è stato coniato nel 1958 dal comandante Jack Steel, della Us Air Force che la definì: «analisi del funzionamento reale dei sistemi vivi e una volta capiti i meccanismi materializzarli negli apparati» definizione che continua a essere valida anche ai nostri giorni.

Il termine ha due diverse spiegazioni:

 – deriva dall’unione di biologia ed elettronica.

 – deriva dal lemma greco «????» (pronunciato «bion»), che significa «unità di vita», e il suffisso -ic, che significa «come», «simile a» o «nella maniera di», da cui si ottiene «come la vita».

Il primo ricercatore bionico fu sicuramente Leonardo da Vinci, che applicò i suoi studi sull’uomo a praticamente tutti i suoi progetti, iniziando dallo studio dell’anatomia umana e dallo studio dell’anatomia di insetti e uccelli, che lo portarono all’ideazione delle macchine volanti, come l’ornitoptero, un dispositivo volante con ali battenti, realizzato a partire proprio da uno studio anatomico degli uccelli.

Le tecnologie attuali sempre più attingono alle idee e a soluzioni provenienti dalla «geniale» Natura, che nel corso di milioni di anni ha sperimentato i suoi prototipi grazie ai delicati meccanismi dell’evoluzione e della selezione naturale perfezionando strutture e processi sempre più adatti alla sopravvivenza degli organismi vegetali e animali.

La caratteristica importante della bionica, è la sua interdisciplinarietà, che non si riduce mai alla semplice imitazione di modelli biologici ma va sempre oltre basta citare la biomeccanica, la biomimetica, la biotecnologia, i biomateriali, il biostile tutti evoluzioni della stessa bionica. 

Nel corso degli anni la bionica da moda è diventata una vera e propria scienza e materia di studio in importanti isituti prima nei corsi del Mit (Massachusetts institute of technology) di Boston e ora anche in università italiane e del resto del mondo.

 La natura in questi miliardi di anni è riuscita ad elaborare strategie sofisticate che convivono in un equilibrio sottile ma vincente sotto molti aspetti.

Essa funziona senza creare rifiuti perché tutto ciò che viene prodotto è sempre materia prima di altri processi, in un regime di interdipendenza tra diversi organismi ed elementi naturali come avviene per esempio nel ciclo dell’acqua, che da fiumi e laghi si sposta alle nuvole, tornando a terra con le precipitazioni; ma gli esempi di come tutto sia riciclato in natura sono infiniti. Negli ecosistemi non servono discariche o inceneritori e tutto ciò che viene scartato dagli animali o dalle piante diviene alimento per altri esseri viventi, in un ciclo senza fine.

Da questa perfezione l’uomo può e deve imparare visto lo stato di emergenza in cui viviamo. Ci troviamo in un periodo di grandi sprechi, energetici e non solo, e di grande necessità di riciclare per alleviare le emergenze rifiuti. É necessario investire soldi in ricerche destinate a soluzioni sostenibili. Solo escogitando nuove tecnologie prese dal laboratorio «Natura» potremmo ritornare in armonia con il nostro Pianeta.

 La disciplina che fonda le sue radici nella bionica e che studia non solo le strutture e i processi del mondo animale e vegetale ma anche le strategie e le logiche proprie dei viventi e se ne serve come fonte di ispirazione per creare nuove soluzioni tecnologiche che migliorano le attività umane è la biomimetica.

L’interdisciplinarietà di questa scienza ha insegnato a botanici, zoologi e ingegneri a dialogare maggiormente tra loro per trovare insieme delle soluzioni ai problemi attuali e non.

  «La natura è in grado di offrire una quantità infinita di soluzioni»

Sia che si tratti di elementi per strutture edilizie come i favi delle api, sia nelle superfici funzionali come i fiori di loto autopulenti, la natura è in grado di offrire una quantità infinita di soluzioni, che possono essere d’ispirazione per le tecnologie più moderne come:

 – I pesci per le barche e i sottomarini.

 – La velocità e la leggerezza degli uccelli sono fonte di ispirazione per l’aeronautica, infatti la forma delle ali dei più moderni aerei sono una copia dalle ali dei condor.

 – Uno dei primi esempi di biomimetica è il velcro, ispirato dai fiori della bardana e sviluppato sulla base dei suoi caratteristici uncini, è un brevetto fondamentale che oggi permette di guadagnare cifre astronomiche.

 – per progettare la plancia traspirante delle autovetture è stata studiata la pelle della rana.

 L’osservazione della struttura e del comportamento degli insetti ha fornito ai ricercatori mille spunti diversi, applicabili alle realtà più disparate.

 – Le ultime generazioni di robot in grado di muoversi agilmente su superfici anche accidentate, nascono copiando le zampette di alcuni artropodi in grado di spostarsi raggiungendo una velocità superiore a cinquanta volte la lunghezza del loro corpo per secondo senza perder l’equilibrio.

 – La struttura dei termitai, dotati al loro interno di condizioni di umidità e temperatura costante, ha invece aiutato gli architetti a progettare i condotti di aerazione di edifici innovativi (come l’Estgate in Zimbawe), che consumano solo il 10% dell’energia necessaria al condizionamento di edifici tradizionali.

 – Il comportamento delle formiche durante la ricerca del cibo ha permesso di formulare algoritmi in grado aiutare a scegliere i percorsi ottimali per veicoli o persone, da applicare allo studio della logistica o del traffico, mentre il comportamento sociale degli insetti è alla base della cosiddetta robotica collaborativa.

 – Il meccanismo di termoregolazione dei pinguini ha portato a nuovi tessuti per l’abbigliamento spostivo invernale.

 – la resistenza all’impatto delle ossa ha ispirato la creazione di nuovi caschi ed elmetti di protezione.

 – Il funzionamento dei muscoli ha portato all’ideazioni di nuove tecniche per la costruzione di fondazioni per edifici antisismici.

 -Il meccanismo di apertura e chiusura delle pigne ha ispirato la creazione di nuovi tessuti per a diversi gradi di traspirabilità per abbigliamento.

 – Le proprietà meccaniche del legno ha portato alla creazione di nuovi giubotti antiproiettile.

 – Il colore iridescente delle ali di una specie di farfalla sudamericana ha ispirato il tessuto prodotto da un’azienda giapponese, la cui tinta non è dovuta alla presenza di un colore, ma a spessore e angolazione dei vari strati sintetici di cui il tessuto è composto.

 – Sempre più avanzati sono poi gli studi sul segreto della resistenza delle tele di ragno. Sono il modello ispiratore per funi e cavi sottili sospesi che devono sopportare tensioni enormi.

 – Anche i costumi da bagno a basso attrito, che abbiamo visto in azione durante le recenti Olimpiadi sono frutto della biomimetica. I tessuti che li compongono sono dotati di piccole scanalature che mimano le piccole squame della pelle dello squalo producendo un vantaggio idrodinamico.

 – La struttura delle penne del gufo, che permettono al predatore di catturare la preda planando velocemente e silenziosamente, hanno ispirato la realizzazione di nuovi pantografi

 – La forma il becco del martin pescatore ha permesso alla compagnia ferroviaria giapponese di progettare la locomotiva di un treno così aerodinamica da viaggiare a più di 300 km/h con un risparmio di energia pari al 15% rispetto a una locomotiva tradizionale.

 – Dalle tecniche adottate dagli organismi acquatici, un’azienda australiana ha sviluppato recentemente una serie di tecnologie. Ha progettato un impianto energetico costituito da alghe meccaniche altamente tecnologiche, in grado di immagazzinare l’energia delle correnti marine. Il dispositivo è nato osservando e simulando la struttura delle piante acquatiche che non hanno un fusto. Le loro foglie sono spesso dotate di piccole vescicole contenenti aria così, pur essendo ancorate al suolo, non restano appiattite sui fondali marini. Le vescicole galleggianti permettono alle foglie di fluttuare mosse dalle correnti e gli impianti creati dall’azienda, sfruttando lo stesso principio, sono in grado di produrre energia elettrica rinnovabile ed ecologica.

 – L’efficienza e la funzionalità delle forme è alla base anche degli studi condotti dall’università americana di West. I ricercatori hanno approfondito lo studio delle protuberanze irregolari sul bordo delle pinne delle megattere e hanno progettato nuove pale per turbine eoliche più efficienti e silenziose di quelle tradizionali.

 – Il sistema di termoregolazione delle pellicce degli orsi offere un ottima soluzione per l’isolamento termico degli edifici. Infatti è stato ricavato un certificato green per la costruzione di abitazioni «Casaclima» diffuse molto a Bolzano. è un metodo di certificazione energetica degli edifici. Si avvale di un calcolo convenzionale codificato. È stato ideato da Norbert Lantschner. Questa certificazione aiuta i professionisti a valutare i propri edifici in fase di progettazione stabilendo a quale classe energetica dovranno appartenere una volta realizzati.

 – Un noto  esempio di arto bionico è quello dell’atleta Pistorius, che tanto ha fatto discutere nelle passate Olimpiadi. L’atleta «bionico» con le sue gambe artificiali ha messo in crisi il mondo dei «normodotati», Il bioingegnere che ha costruito le protesi di Pistorius, è Hugh Herr, del Mit (Massachusetts institute of technology di Boston) un grande sostenitore degli studi sulla bionica.

Da questo incomparabile bagaglio di esperienze si può ottenere il massimo beneficio a livello imprenditoriale.