Potresti aver visto un bambino giocare con una piuma, o potresti aver giocato con uno tu stesso:facendo scorrere una mano lungo le punte di una piuma e osservando come la piuma si apre e si chiude, sembra miracolosamente riprendersi.

Quel meccanismo di chiusura lampo "magico" potrebbe fornire un modello per nuovi adesivi e nuovi materiali aerospaziali, secondo gli ingegneri dell'Università della California a San Diego. Descrivono in dettaglio le loro scoperte nel numero del 16 gennaio di Progressi scientifici in un articolo intitolato "Ridimensionamento delle ali e delle piume degli uccelli per un volo efficiente".

La ricercatrice Tarah Sullivan, che ha conseguito un dottorato di ricerca in scienze dei materiali presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego, è il primo in circa due decenni a dare uno sguardo dettagliato alla struttura generale delle penne degli uccelli (senza concentrarsi su una specie specifica). Ha stampato in 3D strutture che imitano le alette delle piume, barbe e barbule per comprenderne meglio le proprietà, ad esempio come la parte inferiore di una piuma può catturare l'aria per sollevarsi, mentre la parte superiore della piuma può bloccare l'aria quando la gravità deve prendere il sopravvento.

Sullivan scoprì che le barbule, le più piccole, strutture a forma di uncino che collegano le punte delle piume - sono distanziate tra 8 e 16 micrometri l'una dall'altra in tutti gli uccelli, dal colibrì al condor. Ciò suggerisce che la spaziatura è una proprietà importante per il volo.

"La prima volta che ho visto le barbule di piume al microscopio sono rimasto sbalordito dal loro design:intricato, bella e funzionale, "ha detto. "Mentre abbiamo studiato le piume in molte specie, è stato sorprendente scoprire che, nonostante le enormi differenze di dimensioni degli uccelli, la spaziatura delle barbule era costante."

Sullivan ritiene che studiare ulteriormente la struttura a paletta-barbatura-barbule potrebbe portare allo sviluppo di nuovi materiali per applicazioni aerospaziali, e ai nuovi adesivi, pensa al velcro e alle sue punte. Ha costruito prototipi per dimostrare il suo punto, di cui parlerà in un successivo documento. "Riteniamo che queste strutture possano servire come ispirazione per un adesivo unidirezionale ad incastro o un materiale con permeabilità su misura direzionale, " lei disse.

Sullivan, che fa parte del gruppo di ricerca di Marc Meyers, un professore nei Dipartimenti di Nanoingegneria e Ingegneria Meccanica e Aerospaziale presso l'UC San Diego, ha anche studiato le ossa trovate nelle ali degli uccelli. Come molti dei suoi predecessori, ha scoperto che l'omero, l'osso lungo dell'ala, è più grande del previsto. Ma è andata oltre:usando le equazioni meccaniche, lei è stata in grado di mostrare perché è così. Ha scoperto che poiché la forza delle ossa degli uccelli è limitata, non può scalare proporzionalmente al peso dell'uccello. Invece ha bisogno di crescere più velocemente ed essere più grande per essere abbastanza forte da resistere alle forze a cui è soggetto in volo. T

questo è noto come allometria:la crescita di alcune parti del corpo a velocità diverse rispetto al corpo nel suo insieme. Il cervello umano è allometrico:nei bambini, cresce molto più velocemente del resto del corpo. Al contrario, il cuore umano cresce proporzionalmente al resto del corpo:i ricercatori chiamano questa isometria.

"Il professor Eduard Arzt, il nostro coautore della Saarland University in Germania, è un pilota dilettante ed è rimasto affascinato dal problema dell'"ala d'uccello". Insieme, abbiamo iniziato a fare analisi allometriche su di loro e il risultato è affascinante, " ha detto Meyers. "Questo dimostra che la sinergia di scienziati di diversa provenienza può produrre nuove e meravigliose conoscenze".