In che modo la natura ha plasmato lo sviluppo della tecnologia? Guarda altre immagini verdi viventi. © iStockphoto/alistaircotton Gli ingegneri si occupano di risolvere i problemi. È il loro lavoro trovare modi per raggiungere determinati risultati. Il problema potrebbe consistere nel trovare un modo per costruire un grattacielo in grado di resistere ai venti di uragano. Oppure potrebbe essere scoprire un metodo per somministrare un dosaggio specifico di farmaci a una singola cellula del corpo umano.
Gli ingegneri spesso guardano alla natura per vedere se esiste già una soluzione al problema che stanno affrontando. Non solo devono riconoscere la soluzione, ma anche poter studiare, copiare e migliorare quella soluzione in modo che possiamo trarne vantaggio. C'è una parola speciale per questo approccio: biomimetica . In definitiva, la creazione dell'ingegnere imita la struttura o la funzione di un'entità biologica.
I risultati possono essere sbalorditivi o qualcosa che le persone normalmente danno per scontato. Ma anche le invenzioni di base non sarebbero state possibili se gli ingegneri non avessero prestato molta attenzione al modo in cui funzionano le cose in natura. Daremo un'occhiata a cinque modi in cui la natura ha ispirato la tecnologia su cui facciamo affidamento, elencati in nessun ordine particolare.
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Il cervello è così complesso che nemmeno il supercomputer più veloce può simularlo in tempo reale. © iStockphoto/Henrik5000 Intelligenza artificiale è un termine che si usa da decenni. Nel passato, i computer erano solo macchine potenti che potevano sgranocchiare numeri enormi, non potevano pensare da soli. Un computer poteva solo seguire istruzioni esplicite.
Oggi, ingegneri e scienziati informatici stanno cercando di fare il salto dal calcolo al pensiero. Hanno riscontrato dei progressi. Nel 2008, gli scienziati hanno utilizzato il supercomputer BlueGene L per simulare il cervello di un topo. Potrebbe sembrare semplice, ma un cervello, anche quello appartenente a un topo virtuale, è incredibilmente complesso. così complesso, infatti, che il potente computer poteva eseguire la simulazione solo in raffiche di 10 secondi [fonte:BBC News].
Nel 2009, I ricercatori della Cornell hanno creato un programma per computer in grado di derivare le leggi fondamentali del movimento analizzando i movimenti di un pendolo. Il programma ha preso una serie di misurazioni e ha utilizzato un algoritmo genetico per estrapolare le leggi fondamentali della fisica.
Nel futuro, possiamo vedere macchine in grado di risolvere complessi problemi ingegneristici. Potremmo persino raggiungere il punto in cui i computer progettano macchine ancora più potenti. Com'è per il pensiero profondo?
Gli scienziati della nanotecnologia studiano i virus nella speranza di sviluppare nuovi trattamenti per malattie come il cancro. © iStockphoto/Henrik5000 Ci sono squadre di ingegneri, scienziati informatici e medici che stanno lavorando su metodi per curare il cancro e altre malattie cellula per cellula. Una soluzione su cui stanno lavorando prevede la progettazione di tecnologie di consegna su scala nanometrica. Stanno costruendo nanoparticelle mediche, oggetti di diametro inferiore a 100 nanometri. Un nanometro è un miliardesimo di metro. Infatti, la nanoscala è così piccola che è impossibile visualizzare le nanoparticelle anche con l'ausilio di un microscopio ottico.
L'idea è elegante:creare una particella per la somministrazione di farmaci in grado di individuare una cellula cancerosa, infiltrarlo e consegnare il farmaco esattamente dove deve andare. Prendendo di mira solo le cellule cancerose, i medici sperano di eliminare la malattia riducendo al minimo gli effetti collaterali. Le cellule sane rimarrebbero inalterate.
Questo è più complicato di quanto sembri. Ma questi team hanno un modello naturale che possono studiare per creare nanoparticelle:i virus. I virus possono misurare solo pochi nanometri di lunghezza e sono in grado di cercare in qualche modo specifici tipi di cellule prima di replicarsi. I medici sperano di creare nanoparticelle che imitino questa capacità.
Questo geco potrebbe insegnarci a camminare sui muri. © iStockphoto/swisshippo Dalla notte dei tempi, l'uomo ha cercato il modo ideale per attaccare qualcosa a qualcos'altro. In tempi antichi, questo potrebbe aver comportato il martellamento di una grande punta attraverso la pelle di un mammut per rendere l'abitazione della caverna un po' meno piena di spifferi. In questi giorni, gli ingegneri cercano ispirazione nelle piante con sbavature o creature come il geco.
Già nel 1941, L'ingegnere svizzero Georges de Mestral stava individuando le sbavature che si erano impigliate nei suoi vestiti e nella pelliccia del suo cane. Ha messo una sbavatura al microscopio e ha notato che aveva minuscole punte che gli permettevano di attaccarsi alle creature di passaggio. L'ingegnere ha escogitato un piano geniale:creare un materiale che utilizzasse queste minuscole punte come dispositivo di fissaggio. Quel materiale è quello che ora chiamiamo Velcro [fonte:Stephens].
Poi c'è il nastro Gecko, un materiale che utilizza peli nanoscopici per aderire a superfici trasparenti. I peli imitano quelli che troveresti sui piedi dei gechi. Un giorno, gli scienziati potrebbero essere in grado di creare un'intera tuta utilizzando questo materiale. Quella tuta permetterebbe a chi la indossa di scalare i muri e forse anche di attraversare i soffitti. In poco tempo, potremmo essere in grado di chiamare il nostro amichevole Spider-man di quartiere.
Le formiche potrebbero aiutarci a progettare sistemi di navigazione per robot? © iStockphoto/arlindo71 Nel futuro, ci saranno robot. Se soddisferanno ogni nostra esigenza o ci daranno la caccia in branchi. Resta da vedere. In entrambi i casi, una caratteristica di cui i robot avranno bisogno per raggiungere il loro vero potenziale è la navigazione autonoma.
La maggior parte dei robot richiede un percorso preprogrammato o semplicemente reagisce all'ambiente ogni volta che incontra un ostacolo. Pochissimi riescono a orientarsi da soli da un punto all'altro. Alcuni ingegneri stanno cercando di superare questo problema studiando le formiche.
Il Cataglyphis è una formica trovata nel deserto del Sahara. A differenza di altre formiche, il Cataglyphis non si basa su scie di feromoni per navigare nel suo ambiente. Gli scienziati ritengono che le formiche utilizzino una combinazione di pilotaggio visivo, integrazione di percorsi e ricerca sistematica [fonte:Möller et al.]. Gli ingegneri sperano che, acquisendo una comprensione più profonda di come si muovono creature come i Cataglyphis, possono costruire robot con capacità simili.
Questa megattera non può volare, ma le sue pinne potrebbero aiutarci a prendere il volo. © iStockphoto/adwalsh Nel 2000, Walt Disney Pictures ha rilasciato una nuova modifica di "Fantasia". Il film aggiornato conteneva diverse nuove sequenze, uno dei quali presentava un branco di balene megattere che spiccano il volo al ritmo de "I Pini di Roma" di Ottorino Respighi. Anche se non è probabile che vedremo balene megattere prendere il volo, la sequenza fantastica presagiva una vera scoperta scientifica.
Nel maggio 2004, un gruppo di scienziati e ingegneri ha pubblicato un articolo scientifico sulla rivista Physics of Fluids. Il team aveva costruito modelli delle pinne pettorali su una megattera. Su un modello includevano tubercoli -- i dossi che troveresti su una vera pinna di balena. Su un altro modello hanno usato una superficie liscia.
Hanno testato entrambi i modelli in una galleria del vento presso l'Accademia navale degli Stati Uniti. I loro test hanno mostrato che la pinna con i tubercoli ha visto un miglioramento dell'8% nella portanza. Inoltre, la pinna aveva meno probabilità di andare in stallo con angoli di vento ripidi e creava fino al 32% in meno di resistenza.
Potremmo presto vedere aeroplani con ali irregolari? È del tutto possibile. I risultati del team suggeriscono che la natura ha creato un dispositivo efficiente per muoversi attraverso ambienti fluidi. Potrebbe essere sciocco non approfittare di queste scoperte.
Ci sono centinaia di altri esempi di come la natura ha guidato lo sviluppo tecnologico nel corso della storia umana. Quindi la prossima volta che devi risolvere un problema tecnico complesso, potresti voler dare un'occhiata prima nel tuo cortile.
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