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Jan 17, 2024

La pelle del calamaro ispira nuove “finestre liquide” per un maggiore risparmio energetico

Jennifer Ouellette - 2 febbraio 2023 21:01 UTC I calamari e molti altri cefalopodi possono cambiare rapidamente i colori della loro pelle, grazie alla struttura unica di quella pelle. Ingegneri presso l'Università di

Jennifer Ouellette - 2 febbraio 2023 21:01 UTC

I calamari e molti altri cefalopodi possono cambiare rapidamente i colori della loro pelle, grazie alla struttura unica della pelle. Gli ingegneri dell'Università di Toronto hanno tratto ispirazione dai calamari per creare un prototipo di "finestre liquide" in grado di spostare la lunghezza d'onda, l'intensità e la distribuzione della luce trasmessa attraverso quelle finestre, risparmiando così sostanzialmente sui costi energetici. Hanno descritto il loro lavoro in un nuovo articolo pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences.

"Gli edifici utilizzano tonnellate di energia per riscaldare, raffreddare e illuminare gli spazi al loro interno", ha affermato il coautore Raphael Kay. “Se riusciamo a controllare strategicamente la quantità, il tipo e la direzione dell’energia solare che entra nei nostri edifici, possiamo ridurre enormemente la quantità di lavoro che chiediamo a riscaldatori, refrigeratori e luci”. A Kay piace pensare agli edifici come organismi viventi che hanno anche una "pelle", cioè uno strato esterno di facciate e finestre esterne. Ma queste caratteristiche sono in gran parte statiche, limitando quanto il “sistema” edificio possa essere ottimizzato al variare delle condizioni ambientali.

Installare tende che possano aprirsi e chiudersi è un modo rozzo per alleggerire il carico sui sistemi di illuminazione e riscaldamento/raffreddamento. Le finestre elettrocromatiche che cambiano la loro opacità quando viene applicata una tensione sono un'opzione più sofisticata. Ma, secondo Kay, questi sistemi sono costosi e hanno processi di produzione complicati e una gamma limitata di opacità. Né è possibile ombreggiare una parte del vetro ma non un'altra.

Quindi hanno cercato ispirazione nella natura. L'anno scorso, gli ingegneri di Toronto hanno costruito un sistema con serie di cellule optofluidiche ispirate agli artropodi marini, come krill, granchi e pesci come la tilapia, che possono disperdere e raccogliere granuli di pigmento nella loro pelle per cambiarne colore e ombreggiatura. Quelle cellule prototipo erano costituite da un sottile strato di olio minerale tra due fogli di plastica trasparenti. Iniettare un po' d'acqua contenente un pigmento o un colorante attraverso un tubo collegato al centro della cellula crea un'esplosione di colore. La forma del blumo è legata alla portata, che può essere controllata da una pompa digitale. Una portata bassa produce fioriture circolari; portate più elevate creano schemi di ramificazione intricati:

La pelle del calamaro è traslucida e presenta uno strato esterno di cellule pigmentate chiamate cromatofori che controllano l'assorbimento della luce. Ogni cromatoforo è attaccato alle fibre muscolari che rivestono la superficie della pelle e tali fibre, a loro volta, sono collegate a una fibra nervosa. È semplice stimolare questi nervi con impulsi elettrici, provocando la contrazione dei muscoli. E poiché i muscoli tirano in direzioni diverse, la cellula si espande, insieme alle aree pigmentate, cambiando colore. Quando la cellula si restringe, lo stesso fanno le aree pigmentate.

Sotto i cromatofori c'è uno strato separato di iridofori. A differenza dei cromatofori, gli iridofori non sono basati su pigmenti ma sono un esempio di colore strutturale, simile ai cristalli nelle ali di una farfalla, tranne per il fatto che gli iridofori di un calamaro sono dinamici piuttosto che statici. Possono essere sintonizzati per riflettere diverse lunghezze d'onda della luce. Un articolo del 2012 ha suggerito che questo colore strutturale sintonizzabile dinamicamente degli iridofori è collegato a un neurotrasmettitore chiamato acetilcolina. I due strati lavorano insieme per generare le proprietà ottiche uniche della pelle di calamaro.