Gli scienziati del Laboratorio per la lavorazione dei compositi avanzati (LPAC) dell'EPFL e dell'Orto botanico dell'Università di Friburgo hanno studiato come la pianta di lino si autoguarisce dopo essere stata ferita. Nell'ambito di un progetto di ricerca interdisciplinare dell'UE, hanno misurato i cambiamenti nelle proprietà meccaniche della pianta, come rigidità e smorzamento, ed ha esaminato i meccanismi di autoriparazione della pianta. Poiché le fibre naturali vengono sempre più utilizzate per realizzare materiali compositi, capire come funzionano tali meccanismi può aiutare gli scienziati a sviluppare materiali autoriparanti con prestazioni migliori, attingendo a metodi ispirati dalla natura.

La ricerca è stata recentemente pubblicata su PLOS UNO .

Immagina una vernice per auto che può ripararsi automaticamente dopo un graffio, o un rivestimento resistente alla corrosione che può ripristinarsi automaticamente dopo essere stato scheggiato. Queste sono solo due delle nuove promettenti applicazioni per i materiali autorigeneranti, sebbene rimangano numerosi ostacoli. "Ogni tipo di materiale pone una sfida diversa, "dice Véronique Michaud, uno degli autori dello studio e capo della LPAC. "Alcuni materiali possono già rigenerarsi grazie a un sistema di liquidi al loro interno. Se il materiale si graffia, il liquido fuoriesce e reagisce con l'aria circostante, Per esempio, per riempire il graffio. È simile a come il tuo sangue si coagula se ti tagli un dito." Ma altri materiali sono più complicati, e il progresso è ancora in fase di laboratorio. Ciò è particolarmente vero per i materiali compositi, che vengono utilizzati negli aerei e nelle attrezzature sportive e sono al centro del lavoro degli scienziati.

Cambiamenti nelle proprietà meccaniche delle piante

Fuori in natura, le piante devono affrontare una varietà di stress come il vento, pioggia e rottura. Ecco perché gli scienziati hanno deciso di studiare come cambiano gli steli delle piante di lino dopo che sono stati tagliati. "Abbiamo scelto il lino perché le sue fibre sono già utilizzate per realizzare materiali compositi, e poiché è una pianta comune che cresce velocemente, ", afferma Michaud. Hanno praticato incisioni longitudinali e trasversali negli steli di due diverse famiglie di piante di lino e le hanno lasciate crescere per 25 giorni accanto a piante che non erano state tagliate. Hanno quindi misurato i cambiamenti nella rigidità degli steli e nelle proprietà di smorzamento. Gli scienziati, che comprendeva ricercatori dell'EPFL e un ricercatore post-dottorato in biologia dell'Università di Friburgo, applicato un carico di trazione dinamico agli steli per misurare la quantità di forza necessaria per sforzarli e la loro risposta temporale sia su steli integri che su steli autoriparati. Rigidità e smorzamento sono anche proprietà che i ricercatori si sforzano continuamente di migliorare nei materiali; devono sempre trovare il giusto compromesso tra questi due fattori, se l'obiettivo è evitare vibrazioni fastidiose in un'auto, assicurati che una bicicletta possa guidare senza problemi sui dossi o sviluppare una racchetta da tennis reattiva. I metodi di prova e le macchine che gli scienziati hanno utilizzato nella loro ricerca sugli steli di lino sono gli stessi utilizzati per testare i materiali compositi.

Reazioni diverse a seconda del tipo di ferita

Gli scienziati hanno anche esaminato come gli steli sono guariti dalle incisioni. Hanno scoperto che la risposta era diversa a seconda che l'incisione fosse longitudinale o trasversale. Per incisioni longitudinali, le cellule vegetali circondavano la ferita e creavano una sorta di pelle, ma lo stelo non si è rigenerato. Però, per incisioni trasversali, le cellule riempirono lo spazio creato dalla ferita e lo guarirono quasi completamente; gli impianti rigenerati hanno recuperato il 95% delle loro proprietà meccaniche. Altri test effettuati presso l'Università di Friburgo hanno mostrato che i risultati dell'autoguarigione possono variare a seconda del tipo di pianta e della gravità del danno sia per la pianta che per la sua sopravvivenza nel suo habitat. È stato scoperto che le piante autoguarite non crescono alte quanto le loro controparti intatte, ma formarono fiori e semi. Questo studio segna la prima volta che gli scienziati hanno quantificato le proprietà meccaniche e la capacità di rigenerazione della pianta di lino. È anche la prima volta che i ricercatori LPAC effettuano test sugli impianti utilizzando apparecchiature progettate per lo studio dei materiali sintetici. I ricercatori sperano di continuare ad attingere ai meccanismi che si verificano in natura per proporre nuove strategie per la creazione di materiali compositi.