La testa del picchio ispira gli ammortizzatori

Di Paolo Marchi

4 febbraio 2011

Picchio vs ammortizzatore

Quando gli investigatori degli incidenti aerei del futuro recuperano un registratore di volo dai rottami di un aereo, potrebbero dover ringraziare il picchio dalla fronte dorata, Melanerpes aurifons, per la sopravvivenza dei dati di volo. La ragione? Un ammortizzatore ispirato alla capacità degli uccelli di resistere a forti decelerazioni.

La testa di un picchio subisce decelerazioni di 1200 g mentre tamburella su un albero fino a 22 volte al secondo. Gli esseri umani spesso rimangono colpiti da una commozione cerebrale se subiscono da 80 a 100 g, quindi non è chiaro come il picchio eviti danni cerebrali.

Così Sang-Hee Yoon e Sungmin Park dell'Università della California, Berkeley, hanno studiato video e scansioni TC della testa e del collo dell'uccello e hanno scoperto che ha quattro strutture che assorbono gli shock meccanici.

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Questi sono il suo becco duro ma elastico; una struttura nervosa ed elastica di supporto della lingua che si estende dietro il cranio chiamata ioide; un'area di osso spugnoso nel cranio; e il modo in cui il cranio e il liquido cerebrospinale interagiscono per sopprimere le vibrazioni.

I ricercatori hanno quindi cercato di trovare analoghi artificiali per tutti questi fattori in modo da poter costruire un sistema meccanico di assorbimento degli urti per proteggere la microelettronica che funzioni in modo simile.

Per imitare la resistenza alla deformazione del becco, utilizzano un involucro metallico cilindrico. La capacità dell'ioide di distribuire i carichi meccanici è imitata da uno strato di gomma all'interno di quel cilindro e il liquido cranico/cerebrospinale da uno strato di alluminio. La resistenza alle vibrazioni dell'osso spugnoso è imitata da sfere di vetro di 1 millimetro di diametro, strettamente ravvicinate, in cui si trova il fragile circuito (vedi diagramma).

Per testare il loro sistema, Yoon e Park lo hanno inserito in un proiettile e hanno utilizzato un fucile ad aria compressa per spararlo contro una parete di alluminio. Hanno scoperto che il loro sistema proteggeva i componenti elettronici al suo interno da urti fino a 60.000 g. I registratori di volo di oggi possono resistere a urti di 1000 g.

"Ora sappiamo come prevenire la frattura dei microdispositivi dovuta a shock meccanici", afferma Yoon. "Un istituto in Corea sta ora esaminando alcune applicazioni militari per questa tecnologia."

Oltre a un possibile ruolo di protezione dell'elettronica del registratore di volo, l'ammortizzatore potrebbe essere utilizzato anche nelle bombe "sfonda bunker", nonché per proteggere i veicoli spaziali dalle collisioni con micrometeoriti e detriti spaziali. Potrebbe anche essere utilizzato per proteggere l'elettronica delle automobili.

"Questo studio è un esempio affascinante di come la natura sviluppi strutture altamente avanzate in combinazione per risolvere quella che a prima vista sembra essere una sfida impossibile", afferma Kim Blackburn, un ingegnere dell'Università di Cranfield nel Regno Unito, specializzato in studi sull'impatto automobilistico.

"Potrebbe ispirare il nostro pensiero sugli ammortizzatori rigenerativi per i veicoli, reindirizzando l'energia in una forma più facilmente recuperabile piuttosto che scaricandola nel calore", aggiunge Blackburn. "In definitiva, dobbiamo imparare dal picchio per recuperare energie e non dare mal di testa a chi guida."

Nick Fry, amministratore delegato del team di Formula 1 Mercedes GP Petronas con sede a Brackley, nel Regno Unito, afferma che tali idee potrebbero contribuire alla protezione in caso di incidente per i piloti che prendono parte agli sport motoristici: "Un grosso problema con la Formula 1 è proteggere il pilota facendolo decelerare in una situazione di incidente in modo tale che i suoi organi interni e il suo cervello non siano ridotti in poltiglia."

"Lo facciamo con un design intelligente dei compositi, cinture di sicurezza molto sofisticate e un sistema di ritenuta per la testa e il collo", afferma Fry. "Ma questa ricerca potrebbe essere qualcosa a cui possiamo attingere in futuro: potrebbe essere molto interessante."

Riferimento alla rivista: Bioinspiration and Biomimetics, DOI: 10.1088/1748-3182/6/1/016003

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