Il materiale più resistente del mondo? I denti delle patelle


I denti dei piccoli molluschi con la conchiglia a forma di dischetto che si attaccano alle rocce sono più forti della seta del ragno

Scansione al microscopio elettronico dei denti di Patella

Patella batte ragno: la seta con cui gli aracnidi intessono la loro tela, considerata finora il materiale più forte in natura, scivola al secondo posto della classifica dopo la scoperta di una squadra di scienziati dell’Università di Portsmouth. Sono i microscopici denti della patella il materiale numero uno. I ricercatori hanno analizzato la particolare composizione atomica e la durezza dei micro-denti con cui questi molluschi grattano la superficie rocciosa per nutrirsi e hanno trovato nanostrutture composite consistenti in nanofibre di goethite, minerale duro a forte componente ferrosa, che si forma nel mollusco man man che questo cresce, e proteine.

Denti di ferro

La resistenza alla trazione dei denti delle patelle – ossia il carico massimo che possono sopportare prima della frattura – si è rivelata straordinaria, e indipendentemente dalla taglia del mollusco. Una caratteristica, quest’ultima, assai speciale, dato che normalmente le strutture più grandi sono più deboli e si rompono più facilmente rispetto a quelle più piccole. Questa conchiglie coniche ne hanno bisogno per riuscire a grattare la superficie rocciosa e rimuovere le alghe resistendo alle forze della marea. L’intero dente di una patella misura poco meno di un millimetro, ed è ricurvo. La forza dipende sia dalla forma che dal materiale.

Gli scienziati volevano capire quanto fosse forte il materiale in sé, e per farlo hanno dovuto prendere in analisi sono una piccola porzione del materiale ricavato dall’intera struttura curva del dente. Si sono trovati a quel punto a dover testare un materiale quasi cento volte più fine del diametro di un capello umano. Le tecniche per effettuare un’analisi del genere sono state sviluppate solo di recente, e sono rese possibili grazie al microscopio a forza atomica, un metodo utilizzato per «smontare» i materiali fino ad arrivare al livello dei loro atomi. 

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Interface della Royal Society.

Bio-ispirazione

«La natura è una meravigliosa fonte d’ispirazione», ha dichiarato Asa Barber, autore principale dello studio. Scoprire e comprendere il design biologico del creato per poi trasferirlo nella progettazione umana e industriale è un processo detto proprio «bio-ispirazione». La seta del ragno, con le sue straordinarie proprietà di flessibilità e robustezza, è stata e continua a essere fonte d’ispirazione per molte e variegate creazioni umane, dai giubbotti antiproiettile ai componenti elettronici dei computer. I denti di patella si sono rivelati più resistenti dei fili di ragnatela e comparabili solo alle più avanzate fibre di carbonio fabbricate dall’uomo. Le potenzialità del materiale di cui sono fatti sono dunque ancora più ampie: una struttura biologica così forte potrebbe essere imitata per applicazioni ingegneristiche ad altissime prestazioni come le macchine di Formula 1, gli scafi delle navi e gli aerei del futuro. Oltre che, naturalmente, ricostruzioni e protesi dentali di prossima generazione.

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