In una fredda giornata invernale, Moneesh Upmanyu ha fatto una passeggiata con suo figlio vicino alla loro casa fuori Boston. Passarono davanti a un cespuglio di rododendri, le sue spesse foglie verdi si arricciavano in tubi sottili che penzolavano mollemente dai loro steli. sembrava morto, o morire.

Ma quando Upmanyu, professore di ingegneria meccanica e industriale alla Northeastern, passò davanti al posto pochi giorni dopo, in una giornata più calda, la pianta sembrava essersi ripresa. Le foglie erano distese piatte e sollevate verso il sole. Suo figlio aveva una domanda:perché?

"Non ho avuto una risposta, " dice Upmanyu. Ma ha deciso di scoprirlo.

Upmanyu studia le proprietà strutturali dei diversi materiali e come rispondono agli stimoli, per l'uso in cose come la microelettronica o i sistemi robotici. In un recente articolo apparso sulla copertina di questo mese Journal of the Royal Society Interface , Upmanyu e i suoi colleghi hanno esaminato gli aspetti meccanici di come le foglie di rododendro si arricciano e si abbassano.

"Nella robotica, dispositivi microelettronici, vuoi progettare interruttori che possano entrare in contatto e disconnettersi solo in base a uno stimolo, come la temperatura, leggero, o anche toccare, " dice Upmanyu. "Questo tipo di comprensione è molto importante per la progettazione intelligente, strutture attive».

In questo caso particolare, si riduce al movimento dell'acqua, dice Upmanyu. Quando le temperature scendono, l'acqua si sposta dallo stelo alla foglia, facendo cadere lo stelo. L'acqua è distribuita attraverso la foglia in modo non uniforme, e mentre gela, provoca l'espansione della parte superiore della foglia e la contrazione della parte inferiore. Questo fa sì che la foglia inizi ad arricciarsi.

Se quella fosse la fine, anche se, la foglia si arriccerebbe uniformemente verso il basso, ottenendo una forma a tazza capovolta. Ciò che fa rotolare le foglie in un sigaro stretto sono le loro spine rigide, o costolette, che corrono al centro della foglia, dice Hailong Wang, autore principale dello studio e professore presso l'Università di Scienza e Tecnologia in Cina.

"La foglia non può piegarsi in una struttura emisferica a forma di cupola:deve piegarsi solo lungo una direzione, che la dura costola centrale raccoglie, "dice Wang, che ha ricevuto il suo dottorato da Northeastern nel 2010. "La curvatura si sviluppa solo lungo una direzione, ma è amplificato".

Quando i ricercatori hanno tagliato strisce dalle foglie di rododendro, separandoli dalla nervatura centrale, si arricciavano e si attorcigliavano liberamente in tutte le direzioni. Ma con l'arricciatura limitata dalla costa centrale, quelle forze vengono reindirizzate in una sola direzione, causando un ricciolo molto più stretto.

"È stata una sorpresa per me, "dice Erik Nilsen, un ecologista della Virginia Tech che ha collaborato allo studio. "Pensavo che la forza motrice per lo spostamento fosse orizzontale sull'anta, perché la foglia si arriccia dai bordi in giù."

La ragione biologica di questo curling, Nilsen dice, è quello di aiutare queste piante a sopravvivere in inverno.

I rododendri conservano le foglie verdi per tutto l'inverno, nonostante cresca in difficoltà, condizioni alpine. Mentre gli alberi decidui intorno a loro perdono le foglie, luce solare extra raggiunge i rododendri. Ma nei climi più freddi non possono usarlo:il loro metabolismo si arresta.

"Quindi stanno assorbendo radiazioni e non hanno i meccanismi biochimici per trasportare quelle radiazioni nella fotosintesi, " dice Nilsen. "Hanno un sacco di energia che entra nella foglia e non c'entra niente".

Quella radiazione può danneggiare le foglie. Arricciandosi e cadendo, le foglie di rododendro riducono drasticamente la quantità di luce solare che le colpisce quando non possono usarlo.

Questo può anche aiutarli a scongelarsi più lentamente dopo un gelo, dice Upmanyu. Se le foglie si scongelano e si dispiegano troppo velocemente, gli aghi di gelo potrebbero forare e danneggiare la superficie delle foglie.

Comprendere come funzionano questi meccanismi nei rododendri potrebbe potenzialmente aiutare gli scienziati a progettare colture più resistenti al freddo. Ma Upmanyu è anche interessato a come questi stessi principi possono essere applicati all'ingegneria.

"Sono interessato a come i fogli cambiano forma e come possiamo programmare strutture intelligenti, e la natura spesso offre strategie robuste in attesa di essere sfruttate, " dice Upmanyu. "Questo è stato un bellissimo esempio di un cambiamento di forma reversibile, dove il movimento dell'acqua guidato dalla temperatura era uno stimolo.