Le lucertole e gli Aradidi ci mostrano la strada per progettazioni a risparmio energetico
I ricercatori del progetto LiNaBioFluid, finanziato dall’UE, hanno cercato di bioprogettare tenendo a mente l’efficienza energetica. Hanno esaminato due caratteristiche principali delle macchine: riduzione della lubrificazione e dell’attrito per minimizzare la resistenza. «Si tratta di un campo molto importante in quanto si stima che il 5% del bilancio nazionale lordo venga perso ogni anno a causa dell’usura e dell’abrasione nei paesi industrializzati», commenta il dott. Emmanuel Stratakis, coordinatore del progetto. Le soluzioni si basavano sulla comprensione del ruolo della topografia superficiale e della bagnabilità per il trasporto di fluidi, dai canali capillari a una superficie microstrutturata dove si diffondono. Biomodelli di estrema efficienza: lucertole del deserto e Aradidi Le lucertole sopravvivono in condizioni aride raccogliendo umidità sulla loro pelle, attraverso il trasporto direzionale dell’acqua. Gli Aradidi sudamericani hanno proprietà umettanti uniche sul loro tegumento esterno, che permette loro di camuffarsi quando piove. Per un altro modello utile, sempre per il trasporto direzionale di fluidi, i ricercatori hanno cercato di trasportare il liquido di difesa oleoso dalle ghiandole odorifere delle cimici europee (Heteroptera). Dai modelli ai materiali Utilizzando la microscopia elettronica, gli scienziati di LiNaBioFluid hanno analizzato le caratteristiche responsabili di queste straordinarie proprietà. Le strutture sono state poi duplicate utilizzando l’avanzata tecnologia laser su materiali inorganici rigidi come il silicio, l’acciaio, il bronzo e le leghe di titanio. La loro riduzione dell’attrito e le proprietà di trasporto del fluido sono state quindi messe alla prova. È stato registrato un aumento dell’efficienza su tutta la linea. Per l’acciaio si è registrata una riduzione dell’attrito fino al 50% nel dimostratore attraverso la strutturazione laser biomimetica. Il trasporto dell’olio contro la forza di gravità è stato realizzato con successo in condizioni di lubrificazione proibitive. Non solo, si è registrato un trasporto più veloce sull’acciaio strutturato con laser biomimetico. Il team ha fabbricato le strutture biomimetiche su ampie aree, fino a 10 centimetri quadrati. Ha inoltre affrontato la lavorazione di aree non piatte applicabili in alberi che ruotano su boccole di cuscinetti in un mezzo di lubrificazione. Questa volta gran parte dell’ispirazione proveniva tra le altre cose dalle strutture cutanee di squali e serpenti. I risultati hanno mostrato una riduzione del 50% del coefficiente di attrito per il dimostratore di alberi in acciaio in olio motore rispetto alle boccole di cuscinetti in acciaio. Applicazioni in molteplici settori Ulteriori risultati hanno riguardato l’enorme potenziale applicativo della strutturazione laser biomimetica. Nuovi tipi di strutture biomimetiche e su scala nanometrica in metalli, semiconduttori, vetri e polimeri potrebbero essere applicati in ottica, fotonica, microfluidica, biomedicina, nanoelettronica e applicazioni di energia solare. «Alla fine sono stati compiuti molti progressi nello sviluppo dei processi utilizzati nelle strategie di strutturazione laser avanzate, nonché nella comprensione dei complessi processi di interazione della materia laser», afferma il dott. Stratakis. Ad esempio, la replicazione polimerica di strutture biomimetiche fabbricate con laser nei metalli amplierà fortemente il campo delle applicazioni e consentirà la produzione di massa a costi ridotti. Il futuro della biomimetica nella progettazione ingegneristica I pazienti potrebbero beneficiare di impianti in titanio con microstrutture di superficie indotte tramite laser che possono essere irrorate dal sangue e dai fluidi corporei, prevenendo la proliferazione eccessiva di tessuti e cellule. Questo risultato inaspettato verrà sfruttato nel proseguimento del progetto CellFreeImplant, nell’ambito di FET Innovation Launchpad. Le inattese proprietà antiriflesso delle microstrutture biologiche indotte tramite laser sono protette da un brevetto in corso di deposito e saranno ulteriormente esaminate nel secondo progetto nell’ambito di FET Innovation Launchpad, LaBionicS, un progetto di prosecuzione di LiNaBioFluid. «Ma soprattutto, a seguito della conclusione del progetto la Fondazione per la ricerca e la tecnologia Hellas e il Consiglio nazionale delle ricerche spagnolo hanno presentato un brevetto relativo alla tecnologia sviluppata all’interno di LiNaBioFluid, intitolato: La componente metallica superoleofilica fabbricata a laser con proprietà di ritenzione dell’olio per la riduzione dell’attrito», conclude il dott. Stratakis.
Parole chiave
LiNaBioFluid, biomimetica, riduzione dell’attrito, lucertola, Aradide, trasporto di fluidi, indotto tramite laser
