Perché i cavallucci marini hanno le code quadrate (VIDEO e FOTOGALLERY)

Ricostruita in 3D una struttura unica che potrebbe avere molte applicazioni nella bio-robotica

[6 luglio 2015]

Cavalluccio marino 1

Gli ippocampi, i cavallucci marini, sono sicuramente tra i più strani esseri che popolano il mare, ma stanno  fornendo ispirazione ai ricercatori di robotica che imparano dalla natura a costruire robot che devono avere capacità a volte in contrasto tra loro; essere flessibili e duri allo stesso tempo.

Nello studio “Why the seahorse tail is square” da poco pubblicato su Science, un team di ricercatori di statunitensi e belgi delinea le eccezionali caratteristiche della insolita  struttura scheletrica dei cavallucci marini, compresa la coda prensile, nella quale la colonna vertebrale  è circondato da placche ossee quadrate.

Secondo i ricercatori della Oregon State University che hanno partecipato allo studio, «Questi sistemi potrebbero presto contribuire a creare una tecnologia che offre nuovi approcci per la chirurgia, le missioni di ricerca e salvataggio o ad applicazioni industriali».

Anche se tecnicamente è un pesce, l’ippocampo è dotato di una coda che, in  milioni di anni di evoluzione  di è trasformata da un organo natatorio in un organo prensile per afferrarsi saldamente a piante sottomarine, alghe, coralli, in agguato del minuscolo cibo che aspira con la si una altrettanto strana bocca.

Il team di scienziati dice che che «la struttura quadrata della sua coda fornisce un’adeguata flessibilità, può piegarla e torcerla e ritorna naturalmente ad una forma migliore degli animali con code cilindriche». Inoltre la struttura scheletrica del Cavalluccio marino fornisce un’eccellente resistenza schiacciamento, rendendolo molto coriaceo per i predatorie.

Uno degli autori dello studio, Ross Hatton  della School of Mechanical, Industrial, and Manufacturing Engineering dell’Oregon State University,  sottolinea che «Gli ingegneri umani tendono a costruire le cose che sono rigide in modo che possano essere controllate  facilmente. Ma la natura fa le cose abbastanza forti per non rompersi e quindi abbastanza flessibili per fare una vasta gamma di attività. Questo è il motivo per cui siamo in grado di imparare molto dagli animali che ispireranno le generazioni future della robotica. I sistemi biologici possono unire sia il controllo che la flessibilità, e i ricercatori gravitano intorno al  cavalluccio marino semplicemente perché è così insolito. Hanno teorizzato che la struttura quadrato della sua coda, così rara in natura, deve servire ad uno scopo. Abbiamo scoperto che questa architettura quadrata fornisce una destrezza adeguata e una resistenza difficile per i predatori, ma anche che tende a scattare naturalmente in posizione una volta che è stato contorta e deformata. Questo potrebbe essere molto utile per le applicazioni nella robotica che devono essere forti,  ma anche ad alta efficienza energetica e in grado di piegarsi  e torcere in spazi ristretti. Queste applicazioni, potrebbero includere la chirurgia laparoscopica, nella quale  un dispositivo robotico potrebbe offrire maggiore controllo e flessibilità in quanto entra in un corpo, si muove attorno agli organi e ossa, e quindi ha la capacità di eseguire un compito chirurgico. Potrebbe trovare impieghi nel sistema industriale, dei robot di ricerca e salvataggio, o  in qualsiasi cosa che deve essere al tempo stesso resistente e flessibile».

I ricercatori hanno analizzato le caratteristiche delle code cilindriche e quadrate utilizzando computer models e tre modelli riprodotti con una stampante 3D ed hanno scoperto che «quando la coda del cavalluccio marino viene schiacciata, le placche ossee tendono a scivolare l’una sull’altra, agendo  come un meccanismo di assorbimento di energia e resistendo  alla rottura della colonna vertebrale. Possono quindi farla ri-scattare nella loro posizione normale con  il minimo utilizzo di energia. Il sistema quadrato ha anche dimostrato di essere più rigido, più forte e più resistente di quelli circolari».

Su Science i ricercatori concludono che «Comprendere il ruolo della meccanica in questi progetti ispirati alla biologia può aiutare gli ingegneri a sviluppare tecnologie ispirate al cavalluccio marino per una vasta gamma di applicazioni nella robotica, nei sistemi della difesa o della biomedicina».

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