Non puoi inventare ciò che non esiste

Rubrica: Invenzioni
Titolo o argomento: Cosa c’è dietro la famosa lampadina che si accende?

In realtà le cose non si inventano, le cose si scoprono, si intuiscono, si deducono, si trasformano, si applicano. Esse già esistono e aspettano solo che una vostra percezione le riconosca perchè l’uomo non può inventare qualcosa che non sia già esistente. Se così fosse potrebbe concepire logiche non esistenti in questo Universo e applicarle nonché dimostrarle (ma questo in matematica è definito un assurdo). In realtà quella che chiamiamo creatività altro non è che la capacità di effettuare connessioni logiche, sinaptiche, deduttive.

Pensare che la struttura scheletrica di un animale possa essere replicata nell’architettura di un edificio o di una struttura robotica è ad esempio Biomimetica, comunque non un’invenzione. Piuttosto l’intuizione che una geometria sia utile allo stesso scopo anche in contesti differenti.

Accorgersi che gli alveari hanno una struttura esagonale ripetitiva per un risparmio di materiale altrimenti impossibile con moduli quadrati o circolari, non significa inventare l’honeycomb impiegato con successo nell’aeronautica, nel motorsport o negli arredamenti in cartone, significa più che altro applicare una regola della natura, una tra le tante che rende ad esempio possibile la vita sulla terra o che con tali regole interagisce.

Una centrale nucleare (mi si conceda la rozza comparazione tanto per esser spicciolo) altro non è che una replica semplificata ed in piccolo del comportamento di una stella.

Esasperare le linee caratteristiche dell’uomo anche andando contro il senso dell’utilità concepito dalla natura non significa inventare un personaggio dei fumetti, un mostro, significa concepire l’uomo estremizzandolo al punto da generare una suggestione in chi ne osserva il risultato.

Progettare un nuovo dispositivo elettronico significa sempre sfruttare le leggi della fisica per trarne un’utilità che estenda capacità umane già esisteni. Il telefono con la fotocamera non è un’invenzione ma un prolungamento di una logica già esistente in natura: l’occhio vede una scena, un oggetto, una situazione ed il cervello la elabora e la memorizza. Inventare il primo telefono significa estendere un concetto già esistente per l’uomo, la comunicazione verbale, sfruttando leggi fisiche (già esistenti) che possono essere impiegate con successo nell’ambito di innumerevoli applicazioni.

Per qualunque invenzione proviate ad applicare questo concetto, vi accorgerete che alla radice vi è sempre un “codice sorgente” già esistente in natura e nell’universo che l’uomo, semplicemente, impara ad utilizzare, magari con maestria, ma mai con totale possesso. Solo se si riuscisse a realizzare qualcosa che non sia intimamente collegato al “già esistente” si potrebbe pensare di aver inventato qualcosa, ma per quanto mi sia sforzato di cercare esempi di qualcosa che non sia direttamente (o indirettamente) riconducibile a quanto abbiamo già trovato dopo esser entrati a far parte di questo mondo, un esito positivo mi risulta assai improbabile. La mia ipotesi è che esiste già tutto, devi solo riuscire a vederlo.

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Imitare la natura

Un sistema di mini-robot chiamato MAB inventato da Adrian Perez Zapata (studente in design
industriale) per Electrolux Design Lab 2013. La sfera si alloggia in un punto a piacere della
casa, in essa sono contenuti centinaia di mini droni che si occupano di pulire ogni angolo
della casa. Il sistema imita gli insetti che in natura vengono sfruttati ad esempio nelle
coltivazioni biologiche per combattere i parassiti.
Image’s copyright: electroluxdesignlab.com

Dalle ragnatele al bioacciaio, passando per le capre…

A dire il vero mi rendo perfettamente conto di quanto il titolo possa sembrare sballato, eppure un curioso materiale, più precisamente un bioacciaio denominato BioSteel®, è il reale frutto di una scoperta, risalente addirittura a diversi anni fa, della ricerca scientifica in biomimetica a cura della Nexia Biotechnologies Inc.. Immaginate di innestare nel DNA di una capra il gene prelevato da due precise specie di ragni (scelti tra quelli che tessono le fibre più resistenti) e immaginate che ora il latte prodotto dalla capra transgenica contenga le proteine necessarie a fabbricare in quantità consistenti questa eccezionale tela. I monomeri che si ottengono vengono distrutti in una soluzione acquosa ottenendo come risultato fibre insolubili denominate per l’appunto BioSteel® esattamente con lo stesso metodo utilizzato dai ragni.

Nel ragno apposite ghiandole, dette filiere, secernono costantemente due tipologie di filamenti setosi partendo da proteine. Il primo tipo ha il compito di intrappolare le prede, il secondo tipo (detto dragline ovvero filo teso) suscita particolare interesse nella comunità scientifica per le sue proprietà meccaniche. Il dragline, infatti, possiede proprietà di resistenza, modulo elastico e allungamento simili se non superiori a quelle dei migliori acciai (carico di rottura compreso tra 1,3 e 1,6 GPa) nonostante la densità dei filamenti sia decisamente inferiore rispetto alla densità degli acciai stessi. Caratteristiche simili sono apprezzabili ad esempio nel kevlar (fibra sintetica aramidica con resistenza 5 volte superiore a quella dell’acciaio). Tuttavia la produzione di bioacciaio sembra avere un minore impatto sull’ambiente non utilizzando i solventi tossici adottati per la realizzazione della maggior parte delle fibre sintetiche. Cosa ne penseranno le capre?

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Che cos’è la Biomimetica?
Esempi di Biomimetica

Fibre setose ragnatela

Macro di una ragnatela.
Image’s copyright: Cora Marshall

Che cos’è la biomimetica?

Biomimetica (dal greco “βιός μίμησις”) significa imitazione della vita ovvero imitazione della natura. La biomimetica è una scienza che, osservando la natura, trae spunti utili a riprodurre artificialmente strutture, forme e materiali. Molte sono le discipline che traggono giovamento dalla biomimetica a partire dall’ingegneria, la chimica, la fisica, la biologia, la scienza dei materiali… La biomimetica permette di ottenere un elevato livello di efficienza, sostenibilità e integrazione con l’ambiente, perché le tecnologie bio-ispirate nascono dall’ecosistema stesso. In tutti gli organismi, dai più elementari a quelli più complessi, è possibile osservare una sorta di grande catalogo di materiali, architetture, sistemi e funzioni di rilevante interesse scientifico e tecnologico. L’approfondimento delle loro caratteristiche ha permesso la realizzazione di nuovi materiali prima impensabili. Le applicazioni spaziano dalla vita quotidiana alle tecnologie più avanzate.

Ad esempio la realizzazione di smart materials (vedi l’articolo: Smart materials – Materiali intelligenti) pone chi li progetta davanti ad una spontanea domanda: “Come progetta la natura?” E’ noto ormai che l’evoluzione naturale ha portato i materiali biologici a raggiungere prestazioni specifiche spesso straordinarie. Prestazioni alle quali i materiali sintetici ambiscono. Il processo seguito dalla natura è stato lento ma estremamente efficace: una procedura di successive approssimazioni nell’evoluzione biologica, ha permesso di ottimizzare la microstruttura di ogni tessuto sulla base della sua funzione fisiologica; in tal modo è stato possibile ottenere materiali con prestazioni, oltre che straordinarie, mirate per un preciso scopo, una precisa funzione. Oggi tali materiali sono la più grande fonte di ispirazione per l’ingegneria dei materiali. Nel prossimo articolo avremo modo di osservare alcuni interessanti esempi di biomimetica tratti da differenti applicazioni.

costume_biomimetico.jpg

Un ottimo esempio di biomimetica: i più recenti rivestimenti di superficie hanno lo scopo di ridurre
l’attrito idrodinamico. La loro struttura imita quella dell’epidermide di grandi pesci.
Image’s copyright: NASA (www.nasa.gov)

Note
Tessuto sintetico: tessuto non creato a partire da fibre naturali, ma da polimeri e altri materiali artificiali.
Tessuto biologico: un insieme di cellule, anche strutturalmente differenti, associate per funzione.