La mimetizzazione con la stampa 3d imitando il polpo I professori Yunyao Jiang e Yaning Li, del dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università del New Hampshire

Gli organi di polpo stampati in 3D potrebbero avere applicazioni in dispositivi biomedici, sensori ed elettronica elastica.

Due ricercatori dell’Università del New Hampshire si stanno rivolgendo a una fonte di ispirazione improbabile per nuovi materiali di stampa 3D: il comune Octopus il polpo ( che come sappiamo è forse una delle creature più intelligenti in natura ).  Come membri della famiglia dei cefalopodi, polpi, calamari e seppie hanno in comune un importante meccanismo di sopravvivenza: la loro notevole capacità di mimetizzarsi, trasformando istantaneamente il colore in modo che corrisponda all’ambiente circostante.

I professori Yunyao Jiang e Yaning Li, del dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università del New Hampshire,  hanno effettuato una considerevole ricerca del fenomeno di mimetizzazione , con l’intento di  ricrearlo artificialmente. Le loro scoperte, pubblicate nel nuovo numero della rivista scientifica Advanced Engineering Materials, sono a dir poco sbalorditive.

Ma prima, diamo un’occhiata più da vicino al funzionamento di questo meccanismo mimetico che esiste in natura. Conosciuti come i maestri sottomarini del travestimento, i Cefalopodi mostrano tutti un’incredibile capacità di mimetizzarsi grazie agli organi cromatofori altamente reattivi presenti nella loro pelle. La meccanica di un organo cromatoforo ruota intorno a una singola cellula cromatofonica contenente pigmento, combinata con dalle 4 alle  24 fibre muscolari disposte radialmente. Quando un polipo contrae i suoi muscoli, sia per fuggire da una situazione pericolosa o per invadere la sua preda, le cellule del cromatoforo della creatura subiscono un cambiamento di area drammatico e rapido, traslocando efficacemente il pigmento della pelle.

Oltre ai cambiamenti di colore di base, i cefalopodi possono anche essere strategici nella loro capacità di mimetizzazione espandendo in modo selettivo e sequenziale e ritrattando gruppi distinti di cellule di cromatoforo, consentendo la trasformazione del colore su una gamma molto ampia. In parole povere, non solo un polipo può cambiare rapidamente colore; può anche farlo in modo metodico per abbinare l’ambiente circostante, con praticamente qualsiasi colore nell’arcobaleno che si presenti come un’opzione praticabile.

Ispirato da questa meraviglia naturale, Jiang e Li hanno iniziato a sviluppare i propri cromatofori artificiali attraverso la stampa 3D multi-materiale. Tuttavia, mentre i polpi usano le loro capacità di cromatoforo principalmente per la traslocazione dei pigmenti, i professori dell’Università del New Hampshire hanno cercato di ottenere un drastico cambiamento di volume e un meccanismo di apertura delle celle unicamente sequenziale con il loro lavoro. I concetti scientifici dell’effetto auxetico (noto anche come effetto del rapporto di Poisson negativo) e della geometria chirale sono stati fondamentali per raggiungere un esito positivo, che consente ai materiali di espandersi in una direzione quando sono allungati in una direzione diversa.

Adattando la loro geometria chirale attraverso due diverse direzioni, Jiang e Li potevano progettare un meccanismo che, quando caricato in una sola direzione, consentiva l’apertura sequenziale di celle di dimensioni diverse. Ciò significa che le celle progettate artificialmente possono essere aperte in diversi modelli di ordinamento e accordate tramite una combinazione di geometria e materiali. Come nuovo prezioso concetto di design, l’innovazione di Jiang e Li potrebbe avere gravi conseguenze sui metamateriali intelligenti che usiamo per l’attuazione, il rilascio di farmaci e il cambiamento di colore. Le potenziali applicazioni sono numerose, per non dire altro. Sfruttando questi cromatofori stampati in 3D, impalcature biomediche, bende, serbatoi e stent per farmaci potrebbero essere progettati in modo molto più efficace per adattarsi al corpo di chi li indossa. Il campo in espansione dei dispositivi pieghevoli o dispiegabili potrebbe anche beneficiare chiaramente dell’innovazione,

Per verificare in dettaglio lo studio, consultare il sito Web Advanced Materials Engineering.

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