Nonostante sia quattro volte più spessa dei capelli umani, i peli degli elefanti sono forti solo la metà:questa è solo una delle scoperte dei ricercatori che studiano la forza dei capelli di molti mammiferi diversi. Il loro lavoro, apparso in un articolo pubblicato l'11 dicembre sulla rivista Questione , mostra che i capelli sottili tendono ad essere più forti dei capelli spessi a causa del modo in cui si spezzano.

"Siamo rimasti molto sorpresi dal risultato, " dice il primo autore Wen Yang, un ricercatore di nanoingegneria presso l'Università della California, San Diego. "Perché, intuitivamente, penseremmo che i capelli spessi siano più forti. I materiali naturali hanno subito migliaia di anni di evoluzione, così per noi, questi materiali sono molto ben sviluppati. Speriamo di imparare dalla natura e sviluppare prodotti sintetici con proprietà comparabili".

Precedenti studi hanno scoperto che i capelli umani hanno una forza paragonabile a quella dell'acciaio quando regolati per la densità. Ciò è dovuto alla struttura gerarchica dei capelli:i capelli umani sono composti da uno strato esterno chiamato cuticola che avvolge una corteccia interna composta da tante piccole fibre legate da legami chimici. All'interno di ogni fibra, ci sono anche fibre più piccole incorporate. Questo design strutturale consente ai capelli, che è fatto di proteine, essere resistente alla deformazione.

Yang e la sua squadra, inclusi ricercatori dei gruppi Meyers e Ritchie dell'Università della California, San Diego, e Università della California, Berkeley, erano curiosi di sapere se i capelli di altri animali condividessero caratteristiche simili. Hanno raccolto campioni di capelli da otto diversi mammiferi, compresi gli umani, orsi, cinghiali, cavalli, capibara, giavellotti, giraffe, ed elefanti. Questi capelli variano in spessore:i capelli umani hanno un diametro fino a 80 μm, mentre quelli di elefanti e giraffe hanno un diametro superiore a 350 μm.

I ricercatori hanno legato le singole ciocche di capelli a una macchina che le ha gradualmente separate fino a quando non si sono rotte. Con loro sorpresa, hanno scoperto che i capelli sottili erano in grado di sopportare una maggiore tensione prima di rompersi rispetto ai capelli spessi. Questo valeva anche per i capelli della stessa specie. Per esempio, i capelli sottili di un bambino erano più forti dei capelli più spessi di un adulto.

Studiando i capelli spezzati usando un microscopio elettronico a scansione, il team ha scoperto che sebbene la maggior parte dei capelli condivida una struttura simile, si sono rotti in modi diversi. Peli con un diametro superiore a 200 μm, come quelli dei cinghiali, giraffe ed elefanti, tendono a rompersi in una normale modalità di frattura, un taglio netto simile a quello che accadrebbe se una banana si rompesse nel mezzo. Peli più sottili di 200 μm, come quelli dell'uomo, cavalli e orsi, rompere in una modalità di taglio. La rottura è irregolare, come quando un ramo di un albero si spezza in una tempesta. La distinzione nel percorso di fessurazione è dovuta al fatto che gli elementi strutturali nei diversi capelli interagiscono in modo diverso.

"Il taglio è quando si formano piccole crepe a zig-zag all'interno del materiale a causa dello stress, " Yang dice. "Queste crepe poi si propagano, e per alcuni materiali biologici, il campione non è completamente rotto fino a quando le piccole crepe non si incontrano. Se un materiale taglia, significa che può resistere a una tensione maggiore e quindi è più resistente di un materiale che subisce una normale frattura."

"L'idea che il grosso sia più debole del magro non è insolito, e abbiamo scoperto che ciò accade quando si studiano materiali fragili come i fili metallici, ", afferma il coautore Robert Ritchie dell'Università della California, Berkeley. "Questa è in realtà una cosa statistica, che è un pezzo più grande avrà una maggiore possibilità di avere un difetto. È un po' sorprendente vedere questo nei capelli perché i capelli non sono un materiale fragile, ma pensiamo che sia per lo stesso motivo".

I ricercatori ritengono che le loro scoperte potrebbero aiutare gli scienziati a progettare materiali sintetici migliori. Ma Yang dice che la produzione di materiale bio-ispirato del suo team è ancora agli inizi. Le tecnologie attuali non sono ancora in grado di creare materiali fini come i capelli e con una struttura gerarchica sofisticata.

"Ci sono molte sfide nei materiali sintetici per le quali non abbiamo avuto una soluzione, da come produrre materiali molto piccoli a come replicare i legami tra ogni strato come si vede nei capelli naturali, " dice Yang. "Ma se possiamo creare metalli che hanno una struttura gerarchica come quella dei capelli, potremmo produrre materiali molto resistenti, che potrebbero essere usati come corde di salvataggio e per le costruzioni."