Le ragnatele possono fermare un Boeing 747 che viaggia a 320 km/h?
La natura spesso ispira gli esseri umani a imitarne i concetti e dare vita a nuove invenzioni. Le ragnatele dei nostri amici a otto zampe, sono state di grande ispirazione per alcuni studiosi che ne hanno analizzato le proprietà e immaginato qualche applicazione nel settore industriale.
Uno degli elementi naturali che recentemente ha attirato l’attenzione di diversi scienziati è la ragnatela. Due ricercatori hanno scoperto che i filamenti di seta di ragno sono dei fasci di nano-fibre proteiche che, a parità di peso, sono cinque volte più resistenti e tre volte più elastiche dell’acciaio, caratteristiche invidiabili nel mondo dell’ingegneria.
Le fibre sintetiche sono fondamentali nell’industria, in particolare il nylon. La sintesi dei polimeri usati oggigiorno, però, richiede grandi quantità di solventi organici o alte temperature per la produzione, il che rende il ciclo produttivo poco ecosostenibile. I ragni per sintetizzare queste fibre resistenti utilizzano mezzi acquosi a basso pH e a temperatura ambiente, dunque, a impatto zero.
Peculiarità invidiabili delle ragnatele
Malgrado siano di migliaia di volte più sottili di un capello umano e il legame tra fibre sia debole, quando affiancate rendono il filamento resistentissimo. Riuscire a replicare materiali sintetici con le stesse caratteristiche di questi materiali naturali è considerato una sorta di “Sacro Graal” e porterebbe svariati vantaggi in molteplici applicazioni.
Il loro punto di forza sono le proprietà meccaniche. Hanno elevate capacità di smorzamento e un allungamento fino al 40% prima della rottura. Confrontandoli con materiali più comuni: l’acciaio ha un allungamento massimo del’8% e il nylon del 20%.
Spiderman non solo supereroe ma anche ingegnere con le sue ragnatele
Un’azienda francese e un produttore tedesco di bio-polimeri sintetici stanno collaborando per sviluppare un nuovo materiale simile ai filamenti delle ragnatele. L’idea è quella di sfruttare questa tecnologia in ambito aeronautico in quanto risulta facile adattarlo alle geometrie delle strutture alari e della fusoliera senza sacrificarne le proprietà meccaniche. Il guadagno in termini di peso implicherebbe una riduzione del consumo di carburante.
Le ragnatele possono fermare un Boeing 747 che viaggia a 320 km/h? Sì, ma secondo il ricercatore Dennis Kunkel, la tela deve essere grande almeno quanto un campo da calcio e spessa 2/3 millimetri. Spiderman è riuscito a fermare un treno in corsa perché oltre ad essere un supereroe è anche un esperto di scienza dei materiali!
Metodi di produzione
Sintetizzare questi materiali in laboratorio non è semplice. Si potrebbe pensare di allevare i ragni come accade con i bachi da seta ma entrano in gioco alcuni problemi. Innanzitutto i ragni non sono animali socievoli, creare una “colonia” di ragni implicherebbe che essi possano attaccarsi a vicenda e vedersi i numeri dimezzati in poco tempo. Inoltre, i ragni producono la seta (all’interno del loro addome) solo quando hanno necessità di creare una ragnatela. Quindi, riprodurre in laboratorio le ragnatele è una strada più semplice. A tal proposito, gli scienziati hanno studiato la composizione chimica delle ragnatele e stanno ottenendo risultati soddisfacenti.
Gli scienziati hanno decifrato anche il DNA dei ragni e identificato i geni responsabili della produzione di queste proteine. Questi geni trapiantati nel DNA di alcuni batteri hanno reso possibile la produzione di proteine speciali simili nella struttura ai filamenti delle ragnatele. Il prodotto del lavoro dei batteri può poi essere trasformato in gel, fili o pellicole.
Possibili applicazioni
Hanno già trovato utili applicazioni in cosmetica e in medicina come filo chirurgico. Recentemente anche nel settore sportivo integrate all’interno delle scarpe da ginnastica. In futuro potrebbero essere utilizzate per fabbricare cinture di sicurezza, cavi per paracadute, airbag per auto e, data la possibilità di realizzare tessuti, anche per produrre capi di abbigliamento.
In collaborazione con Yasmin El Gass