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Su una roccia coltivata in onda nell’Oceano Pacifico settentrionale, un pesce chiamato Sculpin afferra saldamente la superficie per mantenere la stabilità nel suo ambiente duro. A differenza dei ricci di mare, che usano i loro piedi del tubo secernente per aderire all’ambiente circostante, le sculpine riescono a afferrare senza un organo adesivo specializzato come i piedi del tubo o le aspirazioni di polpi.
Quindi, perché è significativo e perché gli scienziati sono così desiderosi di capirlo? Gli organismi marini che prosperano in ambienti ad alta energia servono come eccellenti modelli naturali per la progettazione di dispositivi più efficienti ed efficaci con ingegneria umana, come robot, pinze e adesivi. Adesivi migliorati potrebbero avere impatti ad ampio raggio, dal miglioramento dei dispositivi medici alla creazione di pneumatici con una migliore presa su strada.
Un team di ricercatori dell’Università di Syracuse e dell’Università della Louisiana a Lafayette, specializzata in morfologia funzionale, cioè come la forma e la struttura di un organismo lo aiutano a funzionare, ha recentemente scoperto un nuovo e sorprendente trazione di trazione nelle sculpine. Hanno trovato caratteristiche microscopiche sulle loro pinne, potenzialmente permettendo loro di aderire fortemente alle superfici sott’acqua per combattere correnti e onde. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Royal Society Open Science.
“Per evitare di essere spazzati via, questi sculpini hanno bisogno di un altro modo per mantenersi in posizione”, afferma Emily Kane, professore di biologia all’Università della Louisiana a Lafayette che ha co-autore lo studio con Austin Garner, professore di biologia alla Syracuse University. “Una caratteristica che distingue questo gruppo è la modifica delle loro pinne pettorali in modo tale che la porzione inferiore abbia ridotto la cinghia che consente ai raggi delle pinne di lanciare oltre la pinna. Possono usarle per trattenere rocce o altri substrati, ma alcune specie hanno ulteriori modifiche che consentono funzioni di camminata e sensoriali.”
Ricerche precedenti hanno dimostrato che le sculpine utilizzano meccanismi idrodinamici, come avere un corpo piccolo e snello e usare le loro pinne per creare un sollevamento negativo, per mantenere l’equilibrio e la presa. Inoltre, sono stati descritti meccanismi fisici, come afferrare il substrato con raggi di pinne flessibili nella parte inferiore della pinna (simile alle dita). Questo studio documenta una nuova trama superficiale, suggerendo che questi raggi di pinna inferiore potrebbero anche creare attrito o adesione a livello microscopico, migliorando ulteriormente la loro presa.
Kane e il suo team hanno scoperto per la prima volta queste caratteristiche durante il lavoro sul campo nell’estate 2022 a Friday Harbor, Washington. Mentre osserva le pinne a livello microscopico usando un microscopio elettronico a scansione, ha immediatamente riconosciuto la somiglianza tra le caratteristiche delle sculpine e i peli sottili sui piedi di geco. Ha quindi contattato Garner, che è un esperto di adesione e attaccamento degli animali.
“Il mio laboratorio è interessato a come gli animali si interfacciano con le superfici nel loro ambiente durante i comportamenti stazionari e locomotori, in particolare in quegli organismi che sfruttano le interazioni adesive o di attrito usando gli organi di attaccamento specializzati per affrontare le sfide globali. “Utilizzando un quadro molto simile per gli studi che ho condotto in lucertole e ricci di mare, abbiamo lavorato insieme per progettare ed eseguire questo studio.”
Il team si è concentrato su tratti come densità, area e lunghezza per delineare la consistenza della pelle sui raggi delle pinne.
“Abbiamo confrontato queste misure con i valori in altri animali con caratteristiche simili che sono note per produrre una forza di avvincimento dell’attrito, come avere una carta vetrata sulle pinne”, afferma Kane. “Ci sono alcune somiglianze negli sculpini che ci fanno pensare di poter fare qualcosa di simile.”
Un’immagine ravvicinata rivela strutture microscopiche sulle appendici simili alle dita delle sculpine, pensato per migliorare la presa. Il team ha osservato che le specie che abitano ad alta energia e ambienti costiere a causa di onde presentano diverse disposizioni di queste strutture microscopiche rispetto a quelle in habitat meno estremi. (Per gentile concessione: Emily Kane)
Garner osserva che il loro lavoro è la prima descrizione di queste microstrutture sui raggi delle pinne delle sculpin. “Non solo abbiamo descritto la forma e la configurazione di queste strutture in questo lavoro, ma abbiamo anche generato ipotesi verificabili che fungono da forti basi intellettuali per noi per continuare a sondarsi nei nostri futuri lavori su questo argomento”, afferma.
Quindi, cosa coinvolgerà questa prossima ricerca e potrebbe studiare queste strutture portare allo sviluppo di nuovi adesivi bio-ispirati per l’uso sociale?
Garner suggerisce che la forma e la funzione delle pinne scolpin potrebbero essere effettivamente integrate in robot o pinze bio-ispirate per la navigazione e l’esplorazione subacquea. Man mano che la ricerca avanza, il loro team prevede che la comprensione delle microstrutture sulle pinne di sculpin offrirà nuove possibilità per la progettazione di dispositivi di attaccamento sintetico in grado di attaccare in modo sicuro ancora facilmente, anche sott’acqua.
Chissà, forse un giorno un robot subacqueo con pinze ispirate a sculpin esploverà le profondità dell’oceano e farà ondate nel mondo della tecnologia bio-ispirata.
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Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com