Dal coleottero al geco, ecco come la Natura si arrampica sugli specchi

“E’ il collante più tenace messo a punto finora”, dichiara entusiasta Liming Dai, membro del team di ricerca dell’Università di Dayton che ha messo a punto la supercolla e che ha pubblicato l’articolo su Science. La Natura, ancora una volta nella ricerca biomeccanica, ha fornito esempi da prendere come spunto e come guida per la realizzazione di un adesivo tenace e che promette una vasta gamma applicativa.

In Natura la scoperta

Dai e Wang – un altro componente del gruppo di ricerca – spiegano come abbiano trovato un punto di riferimento in singolari forme di vita, come il coleottero, che rimane appeso a foglie e steli ben poco adatti a sorreggere la sua robusta massa, ed il geco, che si può osservare spesso muoversi agilmente su superfici anche verticali, come le pareti di casa. La struttura dell’apparato sospensivo del geco, che è stata quella più studiata ed approfondita anche da ricerche precedenti quella di Dai et al., si basa sulla generazione di un attrito considerevole che contrasti la forza peso del geco stesso, che tenderebbe a far scivolare o a staccare l’animale dalla parete su cui si trova: per realizzare ciò, il geco sfrutta un fittissimo insieme di setole poste proprio al di sotto delle sue zampe. Lo studio di questa architettura è stato il primo passo verso la realizzazione di un nuovo, rivoluzionario collante.

Setole, nanotubi e forze di Van der Waals

Sulla base di quanto osservato nel geco, il team di Dai ha messo a punto una sostanza adesiva – o, come viene detta tecnicamente, un collante asciutto – strutturata esattamente come le setole delle zampe del geco: un insieme di tubicini di calibro di gran lunga inferiore al millimetro, detti appunto nanotubi, ricrea un tappeto di esigui filamenti, il cui unico componente è il carbonio. I nanotubi di carbonio simulano l’azione delle setole del geco, riuscendo ad opporsi allo scivolamento da una parete verticale come e anche meglio degli esempi che la Natura ha offerto all’uomo: il nuovo collante è infatti dieci volte più efficace del sistema adottato dal geco e tre volte più potente del più forte collante fino ad ora realizzato.

La capacità adesiva stimata di tale struttura è all’incirca di 40 kg/cm quadrato: tale potenza aderente scaturisce dalle effettive eleganza e semplicità presenti nei modelli naturali, ma anche dall’accurato design conferito ai nanotubi della struttura artificiale di Dai e colleghi: essi hanno appunto fatto polimerizzare i filamenti di carbonio in modo tale da far loro esporre delle curly ends – letteralmente delle estremità arricciate – al termine della porzione libera di ciascun nanotubo; queste terminazioni sfrangiate, a contatto con la superficie a cui attaccarsi, conferiscono ulteriore potenza aderente al collante, in quanto massimizzano l’attrito e permettono l’instaurarsi di deboli legami chimici, noti come forze di Van der Waals, che, se sommati l’uno all’altro, creano una notevole resistenza addizionale allo scivolamento.

La comodità del dispositivo realizzato dal gruppo dell’università di Dayton è che la forza d’attrito è opposta solo parallelamente al piano cui il collante è applicato: volendo spostare una piccola zona di collante da una parete ad un’altra non sarà quindi necessario compiere sforzi eccessivi, in quanto una modesta forza che rialzi da un lato l’area di collante è sufficiente per rimuovere il collante stesso dalla sua posizione.

Il futuro della supercolla

Le applicazioni di questo potente collante asciutto sono molte e decisamente promettenti: fra tutte svetta l’impiego nell’ingegneria aerospaziale, in quanto la struttura progettata dal gruppo di Dai è pratica, poco ingombrante, molto efficace ed estremamente resistente anche a brusche escursioni termiche o a temperature molto elevate o molto ridotte.

Un altro pregio della supercolla, essendo un dispositivo realizzato unicamente in carbonio, è la sua capacità di condurre la corrente elettrica, altro aspetto ritenuto interessante in vari settori di ricerca, che includeranno questo dispositivo nei loro studi sia per indagarne le reali possibilità sia per sfruttarne  le potenzialità.