Ora, una nuova ricerca rivela un'altra impresa ingegneristica della struttura di questo antico animale:la sua capacità di filtrare il cibo utilizzando solo le deboli correnti ambientali delle profondità oceaniche, senza bisogno di pompaggio.

Questa scoperta del controllo naturale del flusso a "energia zero" da parte di un gruppo di ricerca internazionale co-guidato dall'Università di Roma Tor Vergata e dalla NYU Tandon School of Engineering potrebbe aiutare gli ingegneri a progettare reattori chimici, sistemi di purificazione dell'aria, scambiatori di calore, sistemi idraulici, sistemi idraulici, ecc. e superfici aerodinamiche.

In uno studio pubblicato su Physical Review Letters , il team ha scoperto attraverso simulazioni al computer ad altissima risoluzione come la struttura scheletrica della spugna cesto di fiori di Venere (Euplectella aspergillum) devia le correnti marine profonde molto lente per fluire verso l'alto nella sua cavità corporea centrale, in modo che possa nutrirsi di plancton e altri detriti marini. filtra fuori dall'acqua.

La spugna riesce a farlo attraverso la sua superficie esterna a spirale e increspata che funziona come una scala a chiocciola. Ciò gli consente di attirare passivamente l'acqua verso l'alto attraverso la sua struttura porosa a forma di reticolo, il tutto senza la richiesta di energia per il pompaggio.

"La nostra ricerca risolve un dibattito emerso negli ultimi anni:la spugna del cesto di fiori di Venere potrebbe essere in grado di assorbire i nutrienti passivamente, senza alcun meccanismo di pompaggio attivo", ha affermato Maurizio Porfiri, professore del Tandon Institute della NYU e direttore del suo Center for Urban Science. + Progress (CUSP), che ha co-condotto lo studio e co-supervisionato la ricerca. "È un adattamento incredibile che consente a questo filtro alimentatore di prosperare in correnti normalmente inadatte all'alimentazione in sospensione."

A velocità di flusso più elevate, la struttura reticolare aiuta a ridurre la resistenza sull'organismo. Ma è nella quasi quiete dei fondali oceanici profondi che questo sistema di ventilazione naturale è più notevole e dimostra quanto bene la spugna si adatti al suo ambiente ostile. Lo studio ha scoperto che la capacità della spugna di assorbire passivamente il cibo funziona solo alle velocità di corrente molto basse (pochi centimetri al secondo) del suo habitat.

"Dal punto di vista ingegneristico, il sistema scheletrico della spugna mostra notevoli adattamenti al suo ambiente, non solo dal punto di vista strutturale, ma anche per quanto riguarda le prestazioni fluidodinamiche", ha affermato Giacomo Falcucci dell'Università Tor Vergata di Roma e Harvard University, il primo autore dell'articolo.

Insieme a Porfiri, Falcucci ha co-diretto lo studio, ha co-supervisionato la ricerca e ha progettato le simulazioni al computer. "La spugna è arrivata a una soluzione elegante per massimizzare l'apporto di nutrienti operando interamente attraverso meccanismi passivi."

I ricercatori hanno utilizzato il potente supercomputer Leonardo del CINECA, un centro di supercalcolo in Italia, per creare una replica 3D altamente realistica della spugna, contenente circa 100 miliardi di punti individuali che ricreano la complessa struttura della cresta elicoidale della spugna. Questo "gemello digitale" consente una sperimentazione impossibile sulle spugne vive, che non possono sopravvivere al di fuori del loro ambiente di acque profonde.

Il team ha eseguito simulazioni altamente dettagliate del flusso d'acqua intorno e all'interno del modello computerizzato dello scheletro della spugna del cesto di fiori di Venere. Grazie all'enorme potenza di calcolo di Leonardo, che consente quadrilioni di calcoli al secondo, è stato possibile simulare un'ampia gamma di velocità e condizioni del flusso d'acqua.

I ricercatori affermano che le intuizioni di ingegneria biomimetica scoperte potrebbero aiutare a guidare la progettazione di reattori più efficienti ottimizzando i modelli di flusso all’interno e riducendo al minimo la resistenza all’esterno. Simili superfici increspate e porose potrebbero migliorare la filtrazione dell’aria e i sistemi di ventilazione nei grattacieli e in altre strutture. Le creste asimmetriche ed elicoidali possono persino ispirare scafi o fusoliere a bassa resistenza che rimangono aerodinamici promuovendo al tempo stesso i flussi d'aria interni.

Lo studio si basa su una precedente ricerca condotta dal team sulla spugna del cesto di fiori di Venere, pubblicata su Nature nel 2021, in cui ha rivelato di aver creato la prima simulazione in assoluto della spugna delle profondità marine e di come risponde e influenza il flusso dell'acqua vicina.