Farfalle ispirano nuova fonte energetica
La metamorfosi della farfalla: una fonte di ispirazione per la generazione di energia
La metamorfosi della farfalla, un processo che vede la trasformazione di una larva in un bruco e infine in una farfalla, ha da sempre affascinato artisti, filosofi e scienziati. Quest’ultimi, in particolare, hanno scoperto che a livello molecolare, la metamorfosi nasconde un potente meccanismo di generazione di energia che potrebbe aprire nuove frontiere nell’ingegneria e nella medicina.
Il ruolo della chitina nelle ali delle farfalle
Le ali delle farfalle sono composte di chitina, un polimero molto diffuso negli ecosistemi, presente nei gusci dei crostacei e di molti insetti. Durante l’apertura delle ali, il sangue della farfalla pompa attraverso il suo corpo e il materiale chitinoso interagisce con l’ambiente, si disidrata e si riorganizza per produrre la forza e la rigidità necessarie per il volo.
La chitina come generatore di energia
Un team di scienziati dell’Università di Tecnologia e Design di Singapore (SUTD) ha deciso di esplorare il potenziale della chitina come generatore di energia. Hanno dimostrato che i film di chitina sensibili all’umidità possono generare energia meccanica ed elettrica scambiando acqua con l’ambiente, un’energia che potrebbe essere utilizzata a beneficio dell’uomo.
La chitina estratta dai gusci di gamberetti
Per testare la loro ipotesi, i ricercatori hanno estratto polimeri di chitina dai gusci di gamberetti scartati, creando pellicole spesse 130,5 micrometri. Hanno studiato come le forze esterne influenzano i film di chitina, tenendo conto dei cambiamenti nell’organizzazione molecolare, nella percentuale di acqua e nelle proprietà meccaniche.
La forza e l’energia autonome dei film di chitina
I film di chitina riorganizzati possono contrarsi e rilassarsi in risposta ai cambiamenti ambientali, senza alcun intervento esterno, proprio come alcuni insetti modificano il loro guscio per adattarsi a diverse situazioni ambientali. I ricercatori hanno osservato che i film chitinosi possono sollevare più di 4,5 chilogrammi.
La forza di presa del braccio meccanico
I ricercatori hanno poi assemblato le pellicole su un braccio meccanico appositamente costruito. Controllando attentamente l’umidità dell’ambiente e i processi biochimici, il braccio ha raggiunto una forza di presa di 18 chili, che rappresenta più della metà della forza di presa di una persona adulta.
La generazione di movimento meccanico ed elettricità
Il professor Javier Fernández, responsabile della ricerca, ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato che anche dopo essere stati estratti da fonti naturali, i polimeri chitinosi mantengono la loro naturale capacità di collegare tra loro diverse forze, organizzazione molecolare e contenuto di acqua, per generare movimento meccanico e produrre elettricità senza la necessità di una fonte di alimentazione esterna o di un sistema elettrico“.
Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che il movimento meccanico dei film di chitina, in risposta ai cambiamenti di umidità nell’ambiente, viene convertito in corrente elettrica sufficiente ad alimentare piccoli dispositivi elettronici.
La chitina: una risorsa sostenibile
La chitina può essere ottenuta facilmente e in modo sostenibile da molti organismi. Lo studio, pubblicato su Advanced Materials Technologies, offre enormi possibilità per l’ingegneria e la biomedicina, grazie ai suoi possibili usi in protesi e impianti.
La chitina e l’era dei biomateriali
Lo studio aggiunge la prova che questo polimero può essere una componente centrale nella transizione verso un paradigma sostenibile, la cosiddetta era dei biomateriali.
La chitina e le sue applicazioni ingegneristiche
La chitina viene utilizzata per molte funzioni complesse in natura, dalla realizzazione delle ali degli insetti alla formazione dei robusti gusci protettivi dei molluschi, e ha un’applicazione ingegneristica diretta. La nostra capacità di comprendere e utilizzare la chitina nella sua forma nativa è fondamentale per consentire nuove applicazioni e sviluppi ingegneristici all’interno di un paradigma di integrazione ecologica e a basso consumo energetico”, ha affermato Fernández.