Se la meccanica si ispira al ragno
Uno studio del Politecnico di Torino e del Mit di Boston, pubblicato su 'Nature', ha indagato le proprietà elastiche del filo di seta prodotto dall'animale, provando che nella sua risposta non lineare si cela il segreto della robustezza della ragnatela. La scoperta apre possibilità alla realizzazione di nuovi materiali
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I ricercatori del Politecnico di Torino e del Massachussets Institute of Technology (Mit) di Boston si sono ispirati alle tele del ragno per progettare, in un futuro prossimo, materiali e strutture super-tenaci e anti-catastrofe, impiegabili, ad esempio, per migliorare le performance di edifici e infrastrutture in caso di terremoti o alluvioni. Lo studio si è guadagnato la copertina della rivista 'Nature'.
La ricerca, condotta da Nicola Pugno, docente di Scienza delle costruzioni e direttore del laboratorio di Meccanica bio-ispirata dell'ateneo torinese, in collaborazione con il dipartimento di Ingegneria civile del Mit, ha indagato come le proprietà elastiche del filo di seta si ripercuotano sulla robustezza della tela, provando che la sua forza nascosta è nella risposta non lineare del fili di composizione differente e secreti da ghiandole diverse.
"La legge costitutiva di questo materiale è infatti iper-plastica e segue approssimativamente una parabola. Grazie a questa proprietà e alla sua particolare geometria la ragnatela si danneggerà in un sola piccola zona se un insetto finirà tra le sue maglie", spiega Pugno.
Ogni specie di ragno tesse la sua tela: con proprietà meccaniche e composizione chimica molto varie in base al ruolo che essa deve svolgere. Anche la forma dell'apparato di cattura è variabile: alcuni ragni tessono tele a lenzuolo, altri intricati grovigli tridimensionali e altri ancora a triangolo.
Ricerche precedenti degli stessi autori erano focalizzate sullo studio delle proprietà meccaniche della seta del ragno e della ragnatela, ma questo lavoro è il primo a svelarne le connessioni. La robustezza della ragnatela agli impatti di insetti sembra essere assicurata dalla legge costitutiva complessa della seta, globalmente iper-elastica. I risultati, ottenuti con dettagliate simulazioni atomistiche, sono stati validati sperimentalmente e applicati tramite la Quantized Fracture Mechanics (una teoria elaborata dallo stesso docente del Politecnico) anche a strutture differenti dalla ragnatela, permettendo così di ipotizzare nuovi materiali.
Questo lavoro è il primo risultato del progetto che aveva vinto il premio 'Ideas', un finanziamento di un milione di euro dell'European Research Council.