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Plant-inspired materials and surfaces

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Nuovi materiali esotici ispirati dalle piante

Il mondo naturale offre soluzioni a molti problemi e sfide affrontate dall’umanità. I ricercatori stanno creando nuovi materiali e superfici sulla base dei disegni della natura.

Tecnologie industriali

Per creare la prossima generazione di materiali sintetici, i ricercatori si stanno rivolgendo alla natura per trarne ispirazione. Le piante sono strutture progettate in modo complesso ed efficienti, con una varietà di componenti che svolgono ruoli critici nel successo dell’organismo. Lo strato più esterno noto come cuticola, ad esempio, è un materiale composito polimerico intelligente che controlla la regolazione della permeabilità o della protezione all’acqua, forma colori strutturali e fornisce superfici lisce, prive di attrito o appiccicose. Queste impressionanti caratteristiche possono essere tradotte in nuovi materiali a beneficio dell’uomo, grazie all’innovazione di alcuni ricercatori finanziati nell’ambito del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Il progetto PlaMatSu ha approfondito queste proprietà per trovare nuovi materiali innovativi, con due obiettivi principali. Il primo consisteva nell’affrontare le sfide attuali della creazione di nuovi materiali, attraverso l’analisi della struttura e delle funzioni delle cuticole delle piante. L’altro aspetto del progetto prevedeva la formazione della prossima generazione di scienziati, per insegnare ai nuovi arrivati a trasformare la scienza bio-ispirata in innovazione. «PlaMatSu ha cercato di sviluppare nuovi materiali funzionali e superfici che si ispirano alla struttura, alla funzione e ai principi di funzionamento della cuticola delle piante», afferma Nico Bruns, coordinatore di PlaMatSu e professore di chimica macromolecolare presso l’Università di Strathclyde di Glasgow.

Cosa possiamo apprendere dalle piante

PlaMatSu ha acquisito una nuova comprensione fondamentale dei fattori di sviluppo e delle basi genetiche della struttura di una cuticola vegetale. I ricercatori hanno scoperto che si trattava di un materiale multifunzionale e gerarchicamente strutturato. Tra gli scienziati del team del progetto figuravano biologi, chimici e fisici, che hanno studiato elementi quali le proprietà strutturali del colore della cuticola. «I miei risultati preferiti sono i glitter ecocompatibili a base di nanocristalli di cellulosa e gli studi su come la topologia della superficie delle piante influenzi l’adesione degli insetti», osserva Bruns. Il ruolo che le superfici fogliari svolgono nel respingere gli insetti è stato riportato in un articolo su Scientific American. I ricercatori hanno utilizzato tutto ciò che avevano appreso dall’analisi delle strutture delle piante per creare quindi nuovi materiali sintetici con proprietà simili.

Una nuova generazione di esperti di biomimetismo

Il secondo filone del progetto ha coinvolto la formazione di nuovi ricercatori. PlaMatSu ha formato un totale di nove ricercatori all’inizio della carriera a un livello di dottorato in materia di materiali e superfici bio-ispirati. Come spiega Brun, si è trattata dell’occasione perfetta per supervisionare ricercatori ambiziosi da parte di esperti di fama internazionale su materiali bio-ispirati. I ricercatori all’inizio della carriera hanno ora completato la loro ricerca e stanno ultimando i loro dottorati. Presto saranno completamente formati e pronti per intraprendere promettenti carriere nel mondo accademico e industriale. «Il denaro dell’UE ha consentito a una scuola di dottorato internazionale di stare in prima linea nella ricerca sui materiali bio-ispirati», aggiunge Bruns.

Comunicare la ricerca

Il progetto PlaMatSu si è impegnato al massimo per comunicare la ricerca che stava intraprendendo. Ciò ha incluso la pubblicazione di studi su importanti riviste quali Advanced Materials, una delle principali riviste scientifiche per la ricerca sui materiali. I ricercatori all’inizio della carriera hanno anche organizzato una mostra, intitolata «Our Future is Nature Inspired» (Il nostro futuro si ispira alla natura), che si è tenuta presso il Cambridge University Botanic Garden da settembre a novembre 2020. Alcuni ricercatori sono stati intervistati nel programma televisivo BBC Look East, in cui hanno discusso della loro ricerca. Le collaborazioni tra i vari gruppi di ricerca stanno continuando e i team con sede nel Regno Unito stanno lavorando per creare un centro di ricerca con sede nel Regno Unito per sistemi di materiali bio-ispirati. Attualmente stanno lavorando a un’importante richiesta di finanziamento.

Parole chiave

PlaMatSu, pianta, cuticola, materiale, innovativo, esotico, ispirato, bio, scienza, formazione

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