Le strategie di sopravvivenza impiegate da una delle specie di formiche più aggressive, territoriali e velenose potrebbero aprire la strada a rivoluzionare la robotica, la medicina e l'ingegneria.
Le formiche del fuoco sopravvivono alle inondazioni collegando temporaneamente le gambe per creare una struttura simile a una zattera, consentendo loro di galleggiare collettivamente verso la salvezza come una colonia unificata e poi rilasciandole per riprendere le loro forme individuali.
Traendo ispirazione da questo processo naturale, i ricercatori della Texas A&M University hanno scoperto un metodo che consente ai materiali sintetici di imitare l'assemblaggio, la riconfigurazione e il disassemblaggio autonomo delle formiche in risposta a cambiamenti ambientali come calore, luce o solventi.
I ricercatori hanno utilizzato nastri polimerici che cambiano forma e che possono autoassemblarsi, modificare il loro volume e scomporsi secondo necessità utilizzando idrogel reattivi, elastomeri a cristalli liquidi o polimeri semicristallini che possono piegarsi o torcersi. I loro risultati sono stati pubblicati in Nature Materials .
Da studente universitario, il dottor Taylor Ware, ora professore associato nei dipartimenti di ingegneria biomedica e scienza e ingegneria dei materiali presso la Texas A&M, rimase affascinato da un articolo sulle formiche. Già interessato ai materiali e alla ricerca, il suo senso di meraviglia si scatenò quando Ware scoprì che le formiche del fuoco impiegano ingegnose strategie di sopravvivenza durante le inondazioni.
"Tendiamo a concentrarci sull'imitazione delle cose davvero meravigliose della natura, come le ali delle farfalle. Ma forse vale anche la pena imitare alcune delle cose che non troviamo così interessanti in natura, che sono comunque meravigliosamente utili, come il comportamento del fuoco formiche", ha detto. "È bello imitare cose davvero impressionanti anche se non sono così amate. Puoi imparare molto da creature del genere."
Questo metodo consente di creare e manipolare strutture in ambienti difficili, come il corpo umano, senza procedure invasive. Utilizzando idrogel reattivi, elastomeri a cristalli liquidi o nastri polimerici semicristallini che si piegano e si torcono, un biomateriale solido può smontarsi in una forma che si muove come un liquido per iniezione e quindi riassemblarsi una volta a posto.
"Disponiamo già di materiali che potrebbero cambiare forma, ma abbiamo pensato che sarebbe stato davvero interessante se molte singole particelle di materiali potessero lavorare insieme per formare strutture come fanno le formiche", ha affermato Ware.
"Si può vedere nei documentari sulla natura che le formiche formano ponti, zattere e altre cose, ma ciò che è anche importante è che possono lasciarsi andare e tornare ad essere una formica. Il cambiamento reversibile di forma dei polimeri reattivi consente un comportamento simile in sistemi puramente sintetici. "
L'autore principale dell'articolo è il dottor Mustafa Abdelrahman, un ex dottorando di Ware che ora è ricercatore post-dottorato presso l'Università di Harvard. Altri collaboratori includono ricercatori del gruppo del dottor Akhilesh Gaharwar del dipartimento di ingegneria biomedica della Texas A&M, il dottor Carmel Majidi della Carnegie Mellon University e il dottor Franck Vernerey dell'Università del Colorado a Boulder.
I futuri progetti di ricerca applicata includono l’uso di biomateriali iniettabili per favorire la guarigione dei tessuti. Tuttavia, fondamentalmente, Ware ha affermato che il team è interessato a imitare i comportamenti osservati in altri sciami di animali e a capire cosa succede se le particelle possono essere fatte nuotare prima o durante il loro impigliamento.
Ulteriori informazioni: Mustafa K. Abdelrahman et al, Assemblaggio di materiali dall'azione collettiva di polimeri che cambiano forma, Materiali naturali (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01761-4. www.nature.com/articles/s41563-023-01761-4
Informazioni sul giornale: Materiali naturali
Fornito dal Texas A&M University College of Engineering
