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23-12-2010 - Ecco cosa la civiltà umana può imparare dagli squali

Gli squali possono evocare la sensazione di grandi e temibili predatori, ma un giorno gli uomini potranno pensare agli squali come a dei grandi maestri. I costruttori di barche e i designer di mute oggi stanno analizzando gli squali per i loro progetti. Più antichi dei dinosauri, le soluzioni progettuali generate nei 400 milioni di anni della loro odissea evolutiva e incorporate nella loro forma contemporanea ci confermano che abbiamo ragione a pensare che gli squali possano darci qualche lezione. Lungo questo lunghissimo periodo di tempo, l’evoluzione dello squalo ha affrontato con successo un certo numero di sfide progettuali che si sono rivelate direttamente attinenti alle sfide tecnologiche che l’umanità deve affrontare attualmente se vuole diventare una specie sostenibile.

La pelle dello squalo è una meraviglia multifunzionale. L’acqua del mare e gli innumerevoli potenziali ecto-parassiti al suo interno (bamacle, larve, alghe, batteri etc.) sono una continua minaccia per gli squali per i quali muoversi in modo efficiente nell’acqua è un imperativo. La maggior parte delle specie di squalo si muove nell’acqua con altissima efficienza per catturare le prede veloci, ricevono ossigeno sufficiente attraverso le branchie ampiamente passive e conservano la galleggiabilità. Grazie al suo design ingegnoso la loro pelle fornisce un aiuto essenziale per tale comportamento, riducendo l’attrito e autoeliminando gli ecto- parassiti dalla loro superficie. I costruttori di barche hanno sviluppato recentemente un grande interesse per il modo in cui gli squali si muovono senza impedimenti nell’acqua, perchè l’attrito e l’attaccamento di organismi sullo scafo di una barca sono le principali fonti della inefficienza energetica.

Per decenni i designer e gli ingegneri moderni interessati all’efficienza del movimento hanno posto la loro attenzione sulla forma e la levigatezza di un oggetto. Howard Hughes, Pilota di H1, per esempio, un aereo che ha battuto numerosi record di velocità negli anni ’30, ha sfoggiato nel design caratteristiche rivoluzionarie, come il carrello d’atterraggio retrattile. Più recentemente, armati di uno strumento più importante per le osservazioni (come un microscopio elettronico ) designer e ingegneri stanno elaborando la valutazione dell’impatto delle interazioni dinamiche sulle superfici sottili. Per esempio, mentre la forma dello squalo è famosa per essere idrodinamica, la sua pelle è tutt’altro che liscia.
La più piccole singole scaglie della pelle di uno squalo, chiamate denticoli dermici, hanno delle scanalature longitudinali per cui l’acqua scorre sulla loro superficie con maggiore efficienza che se le scaglie fossero completamente lisce.
Sulle superfici lisce l’acqua si rompe in vortici turbolenti, infatti l’acqua che scorre sulla superficie di un oggetto si muove più lentamente di quella che scorre lontano dall’oggetto, ed è proprio questa differenza di velocità che crea i vortici e rallenta il movimento dell’oggetto.

Invece, nel caso dello squalo, i solchi presenti nelle scaglie riducono simultaneamente la formazione di vortici in un sorprendente numero di modi:

1) i solchi rafforzano la direzione del flusso, incanalandolo;

2) aumentano la velocità dell’acqua sulla superficie della scaglia, riducendo la differenza di velocità tra l’acqua che scorre sulla superficie della scaglia e quella che scorre intorno;

3) non solo, ma attirano l’acqua più veloce verso la superficie dello squalo mischiandola con l’acqua meno veloce e riducendo la differenza;

4) infine, suddividono lo strato di acqua che scorre sulla superficie dello squalo in modo tale che qualunque turbolenza si generasse provocherebbe vortici di minore entità.

Allo stesso tempo, tre fattori sembrano aiutare ad evitare che gli organismi marini aderiscano alla pelle dello squalo:

- l’accelerazione del flusso d’acqua sulla superficie della scaglia riduce la durata del contatto dei parassiti;

- l’arruffarsi del nano-tessuto della pelle dello squalo riduce la superficie disponibile per l’aderenza di tali organismi;

- le stesse scaglie dermiche si riallineano o si flettono in risposta ai cambiamenti della pressione interna ed esterna mentre lo squalo si muove, creando un”obiettivo mobile” per gli stessi.

I nuovi rivestimenti per le barche che imitano la tessitura della pelle degli squali e i sottili movimenti delle scaglie, hanno dimostrato di ridurre l'attacco dei parassiti del 67% rispetto alle superfici convenzionali, e di essere completamente autopulenti alla velocità di 4 o 5 nodi. Di conseguenza aumenta l'efficenza energetica degli scafi e si elimina l'impiego di sostanze chimiche tossiche, contro l'attacco dei parassiti. Inoltre, il trasporto di specie acquatiche invasive da una località geografica all’altra è ridotto enormemente.
L’applicazione di superfici come la pelle dello squalo, oltre che alle barche, si estende a un’ampia gamma di situazioni: dagli impianti medici per migliorarne le prestazioni alle mute per accelerare l’immersione.

La Speedo, ad esempio, ha incorporato nelle sue mute tessuti che si ispirano alla pelle dello squalo. Il 3% dell’aumento della velocità nel nuoto dovuta alla muta originale “pelle di squalo” ha contribuito probabilmente al fatto che l’80% delle medaglie vinte alle Olimpiadi del 2000 nel nuoto, furono vinte da atleti che indossavano mute Speedo’s Fastskin; alcuni di loro hanno anche abbassato i record mondiali.
Speedo ha ulteriormente modificato la sua Fastskin grazie alla ricerca continua sulla pelle dello squalo ed ha aumentato ulteriormente la velocità dei nuotatori che la indossano, creando delle aspettative ulteriori sulla performance della muta nelle Olimpiadi del 2008.

Oltre che per la sua pelle, gli squali stanno ispirando altre innovazioni tecnologiche. La BioPowerSystems, ad esempio, ha sviluppato un dispositivo simile alla coda dello squalo che converte l’energia delle onde in energia elettrica, che con molta probabilità è capace di contrastare le condizioni climatiche estreme e con minore probabilità di danneggiare le specie marine che i generatori di corrente a lame.
La ricerca attiva sugli squali è anche diretta a stabilire se gli squali abbiano speciali meccanismi immunitari per ridurre l’incidenza del cancro e se una sostanza simile a un gel che gli squali producono possa trasformare le differenze termiche in elettricità.

Ci sono più di 450 specie differenti di squali. Comunque, la salute della popolazione mondiale degli squali preoccupa molto. Decine di milioni di squali vengono uccisi dagli uomini ogni anno e il numero sta crescendo. Di conseguenza la popolazione globale degli squali si stima che si sia ridotta di oltre il 70% negli ultimi due decenni, portando dozzine di specie verso l’estinzione e producendo cambiamenti ecologici fondamentali nei nostri oceani. Il 20% delle specie di squali del mondo sono adesso definite ‘a rischio di estinzione’, e nuove specie si aggiungono all’elenco ad ogni censimento.

http://www.biomimicryinstitute.org/home-page-content/home-page-content/biomimicking-sharks.html


   
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