Un team di ricercatori della University of California di San Diego, guidato da Joanna McKittrick e Marc Meyers, ha scoperto le straordinarie proprietà della coda dei cavallucci marini, che può essere schiacciata fino a metà delle dimensioni originali senza che la colonna vertebrale di questi piccoli animali subisca danni permanenti, grazie a una struttura di placche ossee che ruotano e scivolano l’una sull’altra.
All’articolo scientifico, in stampa sulla rivista Acta Biomaterialia, seguirà la costruzione di un braccio robotico flessibile e resistente, con la struttura ossea ispirata alla coda dei cavallucci marini e i muscoli costituiti da macromolecole.
“In biologia, tutto si riduce alle strutture”, spiega Michael Porter, dottorando dell’UC San Diego che ha partecipato allo studio e ne illustra i risultati in questo video. La struttura della coda dei cavallucci marini era un bersaglio naturale per gli ingegneri in cerca di una corazza naturale estremamente flessibile. È infatti noto che i predatori naturali dei cavallucci marini (tartarughe di mare, granchi e uccelli) cercano di catturarli schiacciandoli.
Prelevati segmenti dalle code degli ippocampi, i ricercatori li hanno compressi da ogni direzione, scoprendo che compressioni fino a più del 50% delle dimensioni originali non provocavano danni permanenti alla colonna vertebrale di questi animali. L’incredibile flessibilità della corazza è dovuta al tessuto connettivo che collega le placche ossee e i muscoli, permettendo di distribuire il carico, e alla particolarissima struttura tridimensionale.
La coda dei cavallucci marini è formata da 36 segmenti squadrati, le cui dimensioni diminuiscono verso la terminazione. Come mostrato nella figura, ogni segmento è costituito da quattro placche angolari a forma di L che possono scivolare o ruotare, conferendo alla coda una grande libertà di movimento.
Trarre ispirazione dalla natura non è affatto una novità per gli scienziati, e il gruppo d’ingegneri dell’UC San Diego, in passato, ha preso in esame una lunga serie di corazze animali, dall’armadillo all’alligatore a svariati pesci. “Studiando i materiali naturali, si possono avere idee per realizzare materiali nuovi e unici, e strutture più forti, resistenti, leggere e flessibili”, afferma la professoressa McKittrick.
Applicando una serie di sostanze chimiche alle code dei cavallucci marini per isolarne i componenti proteici o minerali, gli ingegneri hanno scoperto che esse contengono percentuali molto basse di minerali (circa il 40%) se confrontate per esempio con quelle delle ossa dei bovini (circa il 65%), e inoltre una notevole quantità (27%) di composti organici, in gran parte proteine, e acqua (33%).
Il passo successivo dei ricercatori sarà utilizzare la stampa 3D per realizzare placche ossee artificiali ispirate alle corazze degli ippocampi, a cui collegare muscoli fatti di polimeri per formare un braccio robotico flessibile ma robusto, in grado di afferrare oggetti di forme e dimensioni e disparate. Le applicazioni di un braccio robotico simile potrebbero essere molto interessanti e coinvolgere i dispositivi medici, l’esplorazione dei fondali marini, la detonazione di ordigni.
Credits immagine: UC San Diego
