leonardo (![[info]](http://p-stat.livejournal.com/img/userinfo.gif){kind=small} leonardo_m) wrote,@ 2006-10-15 22:42:00 |
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Becchi di tucano e bio-mimesi
Alcuni commenti su una breve pagina che mi ha segnalatoscale :
http://www.eurekalert.org/pub_relea
Dalla pagina:
>Makers of airplanes and automobiles may benefit from the first ever detailed engineering analysis of toucan beaks.<Da un lato mi dispiace un po' che cosi' tante particolarita' della natura vengano copiate spudoratamente dagli umani, rendendola qualcosa di sempre meno speciale (anche perche' la memoria umana e' spesso corta, il che porta a non dare il giusco riconoscimento alla natura e ad alimentare l'hubris umana), d'altra parte copiare la natura e' utile a vari scopi, ed e' un'attivita' interessante.
La bio-mimesi e' un campo di ricerca abbastanza attivo, un' altro esempio:
http://www.eurekalert.org/pub_relea
>As a boy growing up in Brazil 40 years ago, Marc A. Meyers marveled at the lightweight toughness of toucan beaks that he occasionally found on the forest floor.<Gli uccelli capaci di volare sono sottoposti ad una pressione selettiva fortissima nel mantenere basso il loro peso. Chiunque vedendo i loro becchi si puo' stupire delle loro dimensioni, in effetti erano un buon candidato per essere fatti di un materiale ad alta qualita'.
>"Our computer modeling done shows that the beak is optimized to an amazing degree for high strength and very little weight,"<Comunque che io sappia un becco di tucano non deve sopportare stress meccanici particolarmente intensi, a parte quelli prodotti dalle sue stesse dimensioni. Alcuni becchi di uccello (ghiandaie, picchi, e vari altri) sono molto resistenti o hanno soluzioni per ridurre li stress meccanici a cui vanno incontro (ad esempio nei picchi), ma da quello che ho visto sulla vita dei tucani, usano i becchi per lo piu' per piluccare minuscoli fruttini dalle fronde degli alberi, il che non sembra generare sforzi notevoli :-)
>said Meyers. "It's almost as if the toucan has a deep knowledge of mechanical engineering."<Noto una sospetta omissione di termini evolutivi e selezionistici. Forse temevano di perdere lettori per colpa della presenza di argomentazioni evoluzionistiche? Probabilmente la qualita' di tali becchi e' in parte derivata da un processo di selezione naturale (il che comunque andrebbe provato).
>the secret to the toucan beak's lightweight strength is an unusual bio-composite.<Un materiale "composito" significa che e' fatto di almeno due materiali diversi. In questo caso penso che il becco sia fatto di sola cheratina, usata in modi cosi' diversi da farla sembrare materiali diversi. Forse il testo intende dire che i tralicci sono rigidi, mentre i "fogli" sono come fatti di materiale diverso (oppure sono effettivamente materiali diversi).
>The interior of the beak is rigid "foam" made of bony fibers and drum-like membranes sandwiched between layers of keratin<Anche le ossa come le nostre sono fatte da un guscio esterno rigido e capace di resistere a colpi e altri tipi di stress meccanici (spesso con la forma di tubo circolare, una forma vantaggiosa dal punto di vista della resistenza meccanica), e una spugna rigida interna composta da filamenti (trabecole ossee), che resiste a stress di tipo diverso, aumenta la rigidita', ecc. (Gli spazi in tale spugna vengono poi usati per il midollo osseo che produce il sangue, negli uccelli volatori le ossa lunghe sono cave e collegate alle sacche aeree). Nelle nostre ossa le trabecole non sono poste a caso, ma hanno un orientamento preferenziale lungo le linee di forza degli stress meccanici piu' frequenti a cui l'osso e' sottoposto. E' probabile che tali linee di forza vengano scoperte fenotipicamente, cioe' durante la crescita, e non siano molto determinate geneticamente. Tra l'altro questo comporterebbe ossa "malformate" nei bambini che crescono a gravita' zero. Si potrebbe fare qualche esperimento in orbita con qualche coniglio o altro animale che cresce in fretta, forse esperimenti simili sono gia' stati fatti, ma non ne conosco gli esiti.
La cosa nuova della struttura dei becchi dei tucani pare essere i sottili "fogli" che uniscono i sottili tralicci. E da quel che dice questo piccolo articolo tali fogli sono molto utili. Perche' se sono tanto vantaggiosi le nostre ossa non li possiedono? Forse perche' con tali foglietti il midollo osseo non potrebbe comunucare facilmente col resto del sangue.
>the avian bio-composite could inspire the design of ultra-light aircraft and vehicle components with synthetic foams made with metals and polymers.<Credo intenda dire di usare metallo per i tralicci e polimeri rigidi per i foglietti.
>"The big surprise was our finding that the beak's sandwich structure also behaves as a high energy impact-absorption system," said Meyers. "Panels that mimic toucan beaks may offer better protection to motorists involved in crashes."<Su questo dobbiamo credergli sulla parola, o fare esperimenti con materiali fatti in casa. Non sembrano esperimenti troppo difficili, probabilmente bastano dei materiali che ad esempio si possono trovare nelle officine dove riparano in modo artiglianale le carenature di motociclette.
>The beak's interior is a highly organized matrix of stiff cancellous bone fibers that looks as if it was dipped into a soapy solution and dried, generating drum-like membranes that interconnect the fibers. The result is a solid "foam" of air-tight cells that gives the beak additional rigidity.<Queste frasi sono interessanti, ma celano un dettaglio: le membrane di cui si parla qui sono le membrane saponose, che hanno la proprieta' di essere superfici minimali. Questo potrebbe spiegare in parte perche' aumentano la resistenza di questo materiale avanzato, e anche come produrlo in pratica. Le superfici minimali hanno notevole resistenza meccanica. Anche queste superfici mi pare possibile che si formino durante processi epigenetici dinamici e non siano molto sotto controllo genetico.
>Like a house covered by a shingled roof, the foam is covered with overlapping keratin tiles, each about 50 micrometers in diameter and 1 micrometer thick, which are glued together to produce sheets.<Anche questo e' un materiale composito, e pare adeguato allo scopo. Per scopi simili gli umani usano spesso fibre o stoffe incollate assieme da una matrice resinosa.
Disponendo di un computer veloce, e soprattutto di una buona conoscenza della fisica meccanica, si potrebbe perfino costruire un programma per sfrutti un algoritmo genetico per far evolvere la microstruttura e macrostruttura di "becchi di tucano".
Infine si noti che le due immagini ottenute dal microscopio a scansione sono ottenute con ingrandimenti molto diversi, in una la scala e' mezzo millimetro, nell'altra due centesimi di millimetro. Questo vuol dire che le divisioni cellulari del materiale interno al becco sono ben visibili (la cella in mezzo all'immagine e' larga quasi un millimetro e mezzo).
