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Natuurondernemer
    Aprile 8, 2021 by admin

    La pelle di squalo stampata in 3D mostra il potere dei microscopici “denti”

    La pelle di squalo stampata in 3D mostra il potere dei microscopici “denti”
    Aprile 8, 2021 by admin
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    Scienziati di Harvard hanno usato la stampa 3D per produrre una replica in scala della pelle di uno squalo mako che ha dimostrato come le microscopiche scaglie simili a denti migliorano l’efficienza del nuoto dello squalo. Lo studio è stato pubblicato su The Journal of Experimental Biology.

    La pelle di uno squalo può apparire lucida e liscia mentre scivola elegantemente nell’acqua, ma un’ispezione più attenta rivela che è in realtà disseminata di milioni di piccole squame tridimensionali sovrapposte chiamate denticoli che interrompono il flusso dell’acqua sullo squalo e quindi aiutano il nuoto. Queste intriganti strutture hanno ispirato gli scienziati nel corso degli anni nel campo della biomimetica, che è l’imitazione dei sistemi biologici nel design. In particolare, i ricercatori hanno cercato di modellare la pelle degli squali per ridurre la resistenza, cosa che è stata persino tentata nella progettazione di auto da corsa.

    Gli sforzi precedenti per studiare come precisamente questi denticoli conferiscano vantaggi nella locomozione sono caduti a causa delle difficoltà nel replicare queste strutture complesse, il che significa che i modelli dovevano essere semplificati. I modelli sono stati inoltre collocati su strutture rigide che non tengono conto di come gli squali si piegano e si flettono durante il nuoto.

    Nel tentativo di superare queste limitazioni, gli scienziati di Harvard hanno preso un campione di pelle di uno squalo mako a pinna corta e l’hanno scannerizzato utilizzando l’imaging micro-CT. Questo ha permesso al team di costruire un modello 3D incredibilmente dettagliato di un singolo denticolo lungo appena 0,15 mm, che è stato poi ripetuto migliaia di volte. Ora la parte veramente difficile: sviluppare un metodo per replicare accuratamente i denticoli su una pelle sintetica flessibile.

    “Dopo aver considerato una serie di approcci, abbiamo deciso che l’unico modo per incorporare i denticoli duri in un substrato flessibile era la stampante 3D”, ha detto il professor Lauder, ricercatore principale dello studio. “Abbiamo dovuto capire come stamparli con più materiali… I denticoli sono incorporati nella membrana e si sovrappongono, il che ha rappresentato una sfida chiave.”

    Dopo circa un anno di prove ed errori, gli scienziati sono stati soddisfatti del loro risultato. A causa delle limitazioni imposte dalle stampanti 3D per quanto riguarda la risoluzione, i denticoli erano circa 10 volte più grandi di quelli che si trovano sugli squali mako.

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    Il team ha poi rivestito un dispositivo robotico con questa pelle artificiale e lo ha testato in acqua. Il dispositivo poteva essere tenuto fermo o spostato per imitare il nuoto. Il vantaggio offerto da queste denticelle è stato subito evidente: la pelle artificiale dentata ha aumentato la velocità di nuoto del 6,6% rispetto a un dispositivo con un rivestimento liscio di controllo. Inoltre, la pelle artificiale dello squalo ha ridotto il dispendio energetico del 5,9%.

    “Questo è un effetto enorme, se considerato per tutta la vita di un animale che nuota costantemente”, ha detto Lauder alla BBC.

    Interessante, gli scienziati hanno anche scoperto che i maggiori vantaggi trasmessi dai denticoli si sono verificati a velocità più basse, quando lo squalo sta navigando invece di spingersi nell’acqua per attaccare una preda.

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    Facendo l’imaging del flusso d’acqua mentre il dispositivo era in movimento, il team è stato in grado di discernere che i denticoli hanno anche prodotto un vortice di testa più forte rispetto al controllo liscio, che è un vortice a bassa pressione prodotto dal movimento del dispositivo. Secondo Lauder, questa scoperta potrebbe essere molto importante poiché suggerisce che piuttosto che ridurre solo la resistenza, i denticoli possono effettivamente aumentare la spinta. “

    Gli scienziati stanno attualmente continuando il lavoro modificando i denticoli, alterando la loro forma e disposizione per avere un’idea migliore di ciò che causa questo effetto apparente. Ma secondo Lauder, ci vorrà probabilmente un po’ di tempo prima di vedere dei costumi da bagno con i denticoli.

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