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Titolo: Una tuta da vero Spiderman

http://magazine.enel.it/boiler/articolisett/articolisett0532.asp
di ANTONIO LO CAMPO
IN ITALIA divenne celebre come cartone animato televisivo nel 1977,
all'interno di un "contenitore cartoons" dal titolo Supergulp - fumetti in
Tv. Accompagnato da una celebre sigletta in inglese dal titolo Spider man,
quel cartone rese popolare tra i ragazzi (e non solo) l'omino-eroe dalla
tuta blu e rossa che si arrampicava muovendosi tra un grattacielo e l'altro
come un ragno. Ora Spider man spopola anche nelle sale cinematografiche:
dai primi di maggio è protagonista di Spiderman 3, che prosegue la "saga"
dell'uomo ragno.
Un personaggio frutto di pura fantasia, adatto a film di fantascienza.
Tuttavia, come spesso è accaduto, i progressi della scienza e della
tecnologia possono avvicinarsi ad alcuni concetti espressi solo dalla
fiction. E proprio pochi giorni prima dell'esordio al cinema di Spiderman
3, la prestigiosa rivista New Scientist riportava la scoperta della
possibilità di realizzare tute da uomo ragno e cavi invisibili. Autore di
questa ricerca è un ingegnere italiano, il professor Nicola Pugno, docente
al Dipartimento di Ingegneria Strutturale al Politecnico di Torino, che ci
ha raccontato in dettaglio in cosa consiste il suo lungo e meticoloso
lavoro.
Professor Pugno, ma è davvero possibile costruire tute in grado di
riprodurre le capacità di adesione dei ragni?
Una zampetta di un ragno o di un geco (anch’esso dotato di una portentosa
capacità di aderire a muri e soffitti, sorprendente per l’estrema
resistenza adesiva, il controllo dell’adesione richiesto nella fase di
distacco, l’autopulizia delle zampette, ndr) è composta da peli principali
da cui diramano “peletti” secondari più piccoli che rappresentano il
contatto ultimo con la superficie. La forza di adesione di ogni pelo e
peletto è proporzionale al raggio dello stesso. Ciò porta al fatto notevole
che se dividiamo un pelo in 100 peletti, la forza totale di adesione che ne
risulta è maggiorata di un fattore 10. E’ così che ho calcolato che un geco
ha circa un miliardo di nano-contatti in presa, contro il milione di un
ragno.
Dal suo rapporto, si evince che un ragno (della specie Evarcha arcuata)
possiede un coefficiente di sicurezza, definito come il rapporto tra la
forza adesiva e quella peso, che è teoricamente pari a 173. Cosa significa?
Si tratta di un numero sorprendentemente alto, ma è più una conseguenza
della dimensione minuscola del ragno che della sua forza intrinseca.
Infatti la forza adesiva è proporzionale alla superficie di contatto,
mentre la forza peso è proporzionale al volume dell’animale, cosicché il
coefficiente di sicurezza risulta proporzionale al rapporto tra superficie
e volume, ovvero all’inverso della dimensione dell’animale.
Dunque un uomo-ragno, definito come un uomo con le capacità adesive di un
ragno, non sarebbe un super-eroe, ma potrebbe almeno essere un “eroe”....
I gechi, della specie Gecko gecko, hanno una resistenza adesiva che è circa
tre volte quella dei ragni e posseggono un coefficiente di sicurezza
teorico di 102, malgrado la loro massa (fino a 300 grammi) sia di gran
lunga superiore a quella di un ragno (0,015 grammi). Tali resistenze sono
da due a sei volte la pressione atmosferica al livello del mare (circa 0,1
pascal) e quindi da due a sei volte superiori alla resistenza adesiva di
una ipotetica ventosa ideale. Ma la fisica del processo è profondamente
diversa e l’adesione generata è primariamente una conseguenza delle forze
di van der Waals, cioé l'interazione elettrostatica esercitata tra molecole
complessivamente neutre, dovuta a fluttuazioni nella distribuzione delle
cariche. E secondariamente delle forze capillari. Ho calcolato dunque che
una tuta da uomo-geco potrebbe permettere a un uomo di “camminare” su un
soffitto e potrebbe avere applicazioni anche nel vuoto, per esempio per
rimanere aderenti a una navicella spaziale. E foreste di nanotubi al
carbonio hanno mostrato una resistenza adesiva, seppur non duratura, anche
200 volte maggiore di quella dei gechi, suggerendo che questo progetto
ricade nel dominio della nanoscienza e non della fantascienza.
Ma come fanno ragni e gechi a controllare l’adesione?
In realtà non sappiamo bene come ciò avvenga. Due ipotesi sembrano
plausibili. Una strategia “in vivo” per ridurre la forza necessaria al
distacco potrebbe essere quella di rilasciare un nano-contatto alla volta.
Altra possibilità è la seguente: immaginate un nastro adesivo incollato sul
bordo di un tavolo; la forza necessaria per scollarlo risulta fortemente
dipendente dall’angolo secondo cui il nastro viene tirato. Una strategia
simile potrebbe dunque essere impiegata per far funzionare una tuta da
uomo-geco, avente guanti e calzari resi super-adesivi tramite
nano-architetture bio-ispirate, realizzabili con nanotubi al carbonio
ramificati. Altro problema è quello dell’autopulizia: un geco dopo aver
camminato sulla sabbia, malgrado la sua estrema adesione, non rimane
impiastricciato e si autopulisce, come capita alle foglie del loto, non a
caso anche loro composte da peli e peletti. Anche questa peculiarità
potrebbe essere ricostruita in laboratorio, ottimizzando la
nano-architettura del pelo per rendere la superficie super-idrofobica e
autopulente. Le formule sono oggi disponibili e potrebbero avere interesse
anche in contesti differenti. Per esempio vetri autopulenti, tessuti
super-impermeabili, eccetera.
E per la ragnatela?
I nanotubi presi singolarmente risultano invisibili dato il loro diametro è
ben minore della lunghezza d’onda della luce visibile (400-600 nanometri);
se distanziati in un cavo macroscopico di una quantità molto maggiore di
tale lunghezza d’onda, questi non interagirebbero, e il cavo nel suo
complesso risulterebbe ancora invisibile. Un cavo invisibile di un
centimetro di diametro e composto da una griglia di nanotubi di carbonio
avrebbe una leggerezza estrema (un centesimo di grammo al chilometro) e
sarebbe teoricamente in grado di sopportare il peso di un uomo (resistenza
di 10 megapascal). Ma difetti strutturali, attesi in nanotubi “lunghi”,
ridurranno la resistenza del cavo (per esempio a 1 megapascal), che
tuttavia potrebbe aumentare notevolmente, anche fino a raggiungere la
resistenza delle ragnatele (1800 megapascal, paragonabile a quella
dell’acciaio) accontentandosi di una trasparenza più che di vera e propria
invisibilità. Tralasciando anche il problema della trasparenza si
potrebbero raggiungere, almeno teoricamente, resistenze anche cento volte
maggiori di quella dell’acciaio e con densità sette volte minori. La
tenacità, in termini di energia dissipabile per unità di massa,
risulterebbe anche maggiore (570 joule al grammo) di quella delle ragnatele
(163 joule al grammo).
-- 
Jolan Tru, Filippo "Hytok" Simone
L'oracolo sampdoriano di Sunnydale
http://perestroika.altervista.org/
http://lacasadeglielfi.altervista.org/

 Tv. Accompagnato da una celebre sigletta in inglese dal titolo Spider man
Quanti ricordi! :)
-- 
Wally West
Quis custodiet ipsos custodes? 

mentre la forza peso č proporzionale al volume dell’animale
Spero in un refuso del giornalista durante la trascrizione
dell'intervista... :(
-- 
Ciao, | R: Perche' incasina l'ordine con cui si legge un messaggio
Speck | D: Perche' quotare sotto da' cosi' fastidio?
      | R: Quotare sotto.
      | D: Qual e' la cosa piu' seccante su usenet e in e-mail?

dell'intervista... :(
Hmmm... perche', scusa?
Michele
-- 
Liberta' va cercando, ch'e' si' cara,
Come sa chi per lei vita rifiuta.
           [Dante Alighieri, Purg. I, 71-72]
I am my own country - United States Confederate of Me!
           [Pennywise, "My own country"]