I ricercatori in Corea del Sud hanno decostruito quantitativamente ciò che descrivono come le "strategie di mobilità ingegnose" dei semi che si auto-scavano a rotazione nel suolo. Questo è un esempio dei molti modi in cui la natura utilizza la geometria biologica per fornire alle piante capacità muscolari.

Professor Ho-Young Kim, dalla Seoul National University in Corea, ha riunito i suoi colleghi per avviare un progetto di ricerca basato sull'ispirazione che ha preso guardando un documentario sulle piante. Semi manovrati per scavare nel terreno usando un'appendice a spirale, conosciuto come un awn, che risponde all'umidità. Il team ha studiato la tana di questa awn e ha scoperto come i germogli nubili sembrano imitare un trapano per seppellirsi. Le loro scoperte, pubblicato la scorsa settimana sulla rivista Fisica dei fluidi , potrebbe avere implicazioni drammatiche per il miglioramento della robotica agricola.

"È stata una sorpresa per noi che la pianta possa produrre movimenti efficaci senza muscoli. Abbiamo immediatamente studiato specie di piante con semi autoscavanti e identificato specie di piante utilizzando strategie di scavo simili, " disse Wonjong Jung, un ex studente di Kim e ora ricercatore senior presso il Samsung Advanced Institute of Technology in Corea. "Sebbene i semi di alcune piante, come il grano selvatico, abbiano dei semplici arbusti ricurvi che mostrano solo movimenti di flessione, i semi di altre piante con teloni elicoidali possono generare movimenti rotatori per lo scavo. Abbiamo pensato che fosse altamente probabile che i semi girassero da soli per facilitare lo scavo".

Il team di ricerca ha studiato i semi della specie in fiore Pelargonium, la cui tenda elicoidale risponde all'umidità, dimostrando espansione igroscopica. In ambienti umidi, la tenda si deforma per raddrizzarsi. Se il seme è ancorato, questa reazione può creare una spinta contro il terreno mentre la bobina di svolgimento scava a rotazione e seppellisce il seme.

"Il nostro lavoro illumina la sorprendente funzionalità e bellezza del design naturale, "Wonjung Kim, ha detto un professore della Sogang University in Corea. "Sebbene le piante non possano generalmente produrre movimenti attivi a causa della loro mancanza di muscoli, alcuni semi si sono evoluti per creare tane verso un ambiente di germinazione migliore. Più sorprendentemente, quando si sfrutta una tenda a forma elicoidale, la strategia di sepoltura è straordinariamente buona per la riduzione della resistenza."

Oltre a evidenziare un altro dei meravigliosi sviluppi meccanici dell'evoluzione, i modelli matematici risultanti da questo lavoro hanno applicazioni dirette alla robotica attuale e di prossima generazione. Comprendere la meccanica di questi semi e come il loro movimento riduce la forza di trascinamento dell'ambiente granulare del suolo approfondisce la nostra conoscenza del design delle macchine per scavare il suolo.

"Per ottenere informazioni ambientali come l'inquinamento del suolo in aree inaccessibili come i pianeti spaziali, campi di battaglia, o aree disastrate, sono necessari piccoli robot, " Kim ha detto. "La nostra ricerca ha dimostrato una riduzione della resistenza delle particelle per rotazione, che informa un metodo di progettazione di intrusi efficiente per i robot di scavo. Per di più, le tende autoscavanti forniscono ispirazione per la progettazione di robot non motorizzati che rispondono a vari stimoli come calore, leggero, e umidità."