Per ridurre le dimensioni dell’elettronica di consumo, gli ingegneri devono costruire strumenti minuscoli ma tremendamente forti da utilizzare nella costruzione dei gadget. Un gruppo spera di ottenere progetti da madre natura studiando alcuni degli strumenti più piccoli e duri che conosciamo: i denti delle formiche.
Più sottili di una ciocca di capelli umani, i masticatori in miniatura degli insetti possono mordere abbastanza forte da tagliare foglie robuste senza subire alcun danno. Tutto ha a che fare con la disposizione uniforme degli atomi di zinco dei denti, che consentono un’equa distribuzione della forza ogni volta che le creature sgranocchiano qualcosa. Questa caratteristica, dicono i ricercatori, un giorno potrà essere applicata agli strumenti creati dall’uomo.
“Avere la distribuzione uniforme, in sostanza, è il segreto”, ha affermato Arun Devaraj, ricercatore senior presso il Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e autore di uno studio sulla composizione dei denti delle formiche pubblicato mercoledì sulla rivista Scientific Reports. I masticatori di formiche “possono persino tagliare la pelle umana senza romperla: è difficile farlo anche con i nostri denti”.
Per andare a fondo dei segreti della natura e soddisfare il bisogno dell’umanità di dispositivi elettronici tascabili – in modo da poter controllare comodamente i nostri feed Twitter, ovviamente – i ricercatori dello studio hanno prima isolato un minuscolo pezzo di un singolo dente di formica. Le formiche hanno due, o talvolta più , denti sulla loro mandibola esterna curva, o mascella. Quindi, il team si è rivolto a una tecnica chiamata tomografia a sonda atomica, che dipinge con precisione un’immagine di dove si trova ciascun atomo all’interno di un oggetto.
“Il piano”, ha detto Devaraj, “era di usare quella tecnica per capire davvero come lo zinco è distribuito all’interno di questi denti di formica e come questo sta portando alla forza che sta ottenendo”.
La tomografia a sonda atomica funziona attraverso l’analisi inversa. Fondamentalmente, puoi mettere un oggetto in una camera, quindi evaporarlo lentamente – atomo per atomo – e raccogliere i dati di ciascun componente su un rilevatore. Usando queste informazioni, puoi quindi ricostruire l’oggetto come un modello 3D, tranne questa volta con atomi identificabili.
Dopo aver seguito questi passaggi con un microscopico “ago” di un roditore di formiche, il team ha scoperto che gli atomi di zinco del dente – responsabili della natura penetrante e dolorosa dei morsi di formica – erano distribuiti in modo sorprendentemente uniforme piuttosto che in grumi.
Ogni volta che una formica morde qualcosa, la forza si diffonde perfettamente tra i denti grazie alla dispersione uniforme degli atomi di zinco. Questo spiega perché solo il 10-20% circa di zinco è effettivamente necessario per il loro potente materiale dentale. Meglio ancora, i ricercatori dicono che gli animali finiscono per usare circa il 60% o meno della forza di quella che richiederebbero se i loro denti fossero identici ai nostri bianchi perlati relativamente deboli, che hanno diversi tipi e distribuzioni di elementi.
“I chimici organici e inorganici possono effettivamente lavorare insieme per sintetizzare materiali che sono davvero forti, ispirati a questo tipo di materiali”, ha detto Devaraj.
Applicare il concetto di atomi distribuiti uniformemente – zinco o altri elementi – agli strumenti che costruiscono la tecnologia umana offrirebbe ai nostri futuri mini-strumenti un duplice vantaggio. Sarebbero più economici, perché sarebbe necessaria una quantità minore di componenti costosi e più resistenti. Sarebbero anche più efficienti grazie al fatto che sarebbe necessaria meno forza durante l’uso.
Successivamente, Devaraj e altri ricercatori cercano di continuare a trovare modi per rivoluzionare il modo in cui costruiamo dispositivi tecnologici compatti analizzando altre minuscole specie che vagano in giro con potenti armi.
“Abbiamo già iniziato a guardare le punture di scorpione, ad esempio, e la zanna di ragno”, ha detto Devaraj, “e molti altri tipi di strumenti in miniatura per comprendere il tipo di piccoli arsenali di strumenti di insetti”.