Lo scarabeo indistruttibile: svelati tutti i suoi segreti
La corazza indistruttibile del Nosoderma diabolicum, o scarabeo corazzato diabolico, è quello che scienza e robotica sognano di poter riprodurre in laboratorio.
Un coleottero che vive tra il Messico e il sud degli Stati Uniti, il Phloeodes diabolicus – meglio conosciuto con il nome di Nosoderma diabolicum – sembra riscuotere ultimamente molto successo tra i media.
Piccolo e anche bruttino, questo scarabeo dalla corazza indistruttibile può essere calpestato, investito da una macchina o colpito con ferocia dai predatori, senza essere scalfito. Il segreto dello scarabeo indistruttibile è rimasto a lungo un arcano per tutti gli entomologi ma non solo; anche gli ingegneri vorrebbero ispirarsi alle sue abilità da supereroe nella costruzione di oggetti artificiali.
È abbastanza evidente che il mondo dell’ingegneria, da sempre, cerca di trarre ispirazione studiando e osservando il mondo naturale che ci circonda e il “diabolical ironclad beetle”, cioè “scarabeo diabolico corazzato”, è solo l’ultimo animale a intrigare un gruppo di ingegneri.
Chi è il Nosoderma diabolicum?
Lo scarabeo corazzato è un insetto terrestre che vive nei deserti della costa ovest degli Stati Uniti. Non ha le ali ed è più pesante di altri suoi parenti, che devono restare leggeri per poter volare.
La sopravvivenza di questo indistruttibile scarabeo dipende da due fattori essenziali: la sua capacità di fingersi morto in maniera convincente e il suo esoscheletro, una delle strutture più dure e resistenti allo schiacciamento note nel mondo biologico. Il motivo per cui questo coleottero ha sviluppato un esoscheletro così resistente è che vive in un habitat desertico e deve rifugiarsi, compresso, sotto le rocce e la corteccia degli alberi.
La corazza dello scarabeo è formata da chitina immersa in una matrice proteica. Una maggiore concentrazione di materiale proteico concorre in parte alla durezza della corazza, ma il reale segreto dello scarabeo corazzato risiede nelle elitre, strutture anatomiche che gli insetti volatori hanno per coprire le ali, per proteggerle da batteri, essiccazione e altre fonti di danno. Nel Nosoderma diabolicum sono invece parte essenziale della sua armatura.
Finalmente uno studio ne svela i segreti
In uno studio pubblicato su Nature, un team di scienziati della Uci riporta i risultati di una lunga e approfondita analisi sia anatomica e sia funzionale del Nosoderma diabolicum. Sono le sue coperture alari a renderlo così robusto: non tanto per la durezza del loro materiale, ma per come sono fuse l’una all’altra.
Moltissimi altri colleghi coleotteri mostrano ali a incastro, con una sola giuntura, mentre il coleottero diabolico corazzato ha a sua disposizione numerosi punti di incastro. Grazie alla sua copertura nodosa riesce a sostenere circa 40mila volte il suo peso. Più o meno come se un essere umano riuscisse a sopravvivere al peso di 600 elefanti impilati uno sopra l’altro.
Le analisi hanno svelato tutto
Gli autori dello studio hanno eseguito analisi microscopiche e spettroscopiche ad alta risoluzione per riuscire a individuare i cambiamenti all’interno delle strutture dello scarabeo in tempo reale. Grazie a queste osservazioni Rivera e Kisailus, autori dello studio, hanno capito che nei coleotteri i punti di incastro delle elitre, in caso di sforzo estremo, non si spaccano di netto ma si delaminano.
Per comprovare ulteriormente le osservazioni sperimentali, gli studiosi hanno utilizzato tecniche di stampa 3D per creare strutture con lo stesso design delle elitre modificate del coleottero. I test eseguiti hanno rivelato che la disposizione fornisce la massima quantità di forza e durata. Dunque la geometria, i componenti del materiale e il loro assemblaggio sono fondamentali per rendere forte e robusto l’esoscheletro del coleottero.
Lo scarabeo indistruttibile è un beneficio per il mondo intero
Kisailus vede nell’esoscheletro del coleottero corazzato, e in altri sistemi biologici, una possibilità concreta per far nascere nuove sostanze che vadano a beneficio dell’umanità. Basandosi sulle caratteristiche della corazza del coleottero, il suo laboratorio ha realizzato materiali compositi avanzati e rinforzati con fibre.
Il suo team ha imitato i pezzi ellittici e ad incastro dell’esoscheletro del coleottero diabolico corazzato utilizzando della plastica rinforzata con fibra di carbonio. Successivamente ha unito il materiale composito biomimetico con un accoppiamento in alluminio e ha realizzato test meccanici per definire eventuali benefici rispetto agli elementi di fissaggio aerospaziali standard. È emerso come la struttura ispirata allo scarabeo era più forte e più resistente di classici dispositivi di fissaggio ingegneristici.
Una scoperta con le stellette
I risultati raggiunti finora dal team di scienziati sono decisamente promettenti. “Questo studio – afferma Kisailus – unisce davvero i campi della biologia, fisica, meccanica e la scienza dei materiali verso applicazioni ingegneristiche, cose che in genere non si vedono nella ricerca. Fortunatamente, questo programma, sponsorizzato dall’Air Force, ci consente davvero di formare questi team multidisciplinari che hanno contribuito a collegare i punti per portare a questa significativa scoperta”.
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