È una spugna di mare a ispirare la progettazione delle future strutture meccaniche?
Una spugna vitrea trovata nelle acque profonde dell’Oceano Pacifico sta ispirando una nuova prospettiva nella progettazione di edifici e altre strutture artificiali. Fin dalla sua scoperta, l’Euplectella aspergillum, o cestello di Venere, come viene comunemente chiamata la spugna, ha suscitato interesse scientifico soprattutto per la sua struttura. È composta da un reticolo cilindrico bianco altamente flessibile, in silice. Un team di ricerca internazionale supportato in parte dal progetto COPMAT, finanziato dall’UE, si è ora concentrato su un aspetto in gran parte inesplorato della spugna di acque profonde: i campi idrodinamici che la circondano e la penetrano. Il team di ricercatori provenienti da Australia, Italia e Stati Uniti ha cercato di scoprire se, oltre a migliorarne le proprietà meccaniche, i motivi scheletrici della spugna fossero anche responsabili della fisica del flusso ottimizzata all’interno e all’esterno della cavità corporea. I risultati hanno rivelato una forte connessione tra la struttura e la funzione della spugna, fornendo informazioni su come lo scheletro reticolare aiuti a ridurre lo stress idrodinamico complessivo dall’oceano circostante. Mostrano anche come lo scheletro sia in grado di creare un vortice ricco di sostanze nutritive all’interno della spugna a bassa velocità di flusso. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista «Nature».
Simulazione del flusso d’acqua circostante della spugna di acque profonde
Per i loro esperimenti, il team ha utilizzato il supercomputer MARCONI100 da 21,6 petaflop installato presso il centro di calcolo ad alte prestazioni di Cineca, in Italia, e un software speciale sviluppato da Giorgio Amati, Senior Technology Officer di Cineca e coautore dello studio. Aiutati da questo arsenale computazionale, i ricercatori hanno creato le prime simulazioni del cestello di Venere e della sua risposta e influenza sul flusso d’acqua circostante sul fondo del mare profondo, dove vive. Le simulazioni si basavano sui metodi reticolari di Boltzmann utilizzati per simulare il comportamento dinamico dei flussi di liquidi. «Analizzando il flusso di liquidi all’interno e all’esterno della cavità corporea della spugna, abbiamo scoperto le impronte di un previsto adattamento all’ambiente», ha spiegato il coautore dello studio, il prof. Maurizio Porfiri della New York University in un comunicato stampa pubblicato sul sito web dell’Istituto Italiano di Tecnologia. «Non solo la struttura della spugna contribuisce a ridurre la resistenza, ma facilita anche la creazione di vortici a bassa velocità all’interno della cavità corporea che vengono utilizzati per l’alimentazione e la riproduzione», ha aggiunto il prof. Porfiri. Secondo l’autore principale dello studio, il dott. Giacomo Falcucci dell’Università Tor Vergata di Roma e dell’Università di Harvard, l’indagine del team «ha molte implicazioni ai fini della progettazione di grattacieli o, in realtà, di qualsiasi struttura meccanica, dai grattacieli alle nuove strutture a bassa resistenza per navi o fusoliere di aeroplani». Il dottor Falcucci ha chiarito la sua affermazione con alcuni esempi interessanti: «Ci sarà meno resistenza aerodinamica su grattacieli costruiti con un simile reticolo di creste e fori? Ottimizzerà la distribuzione delle forze applicate? Rispondere a queste stesse domande è un obiettivo principale per la squadra.» «Questo lavoro è un’applicazione esemplare della dinamica dei fluidi discreta in generale e del metodo reticolare di Boltzmann, in particolare», ha osservato il co-autore senior, il dott. Sauro Succi dell’Istituto Italiano di Tecnologia e dell’Università di Harvard, ospite del progetto COPMAT. «L’accuratezza del metodo, combinata con l’accesso a uno dei migliori super computer al mondo, ci ha permesso di eseguire livelli di calcolo mai tentati prima, che chiariscono il ruolo dei flussi di liquidi nell’adattamento degli organismi che vivono negli abissi.» Il progetto COPMAT (Full-scale COmputational design of Porous mesoscale MATerials) di 5,5 anni termina nel 2023. Per ulteriori informazioni, consultare: sito web del progetto COPMAT
Parole chiave
COPMAT, spugna, Euplectella aspergillum, cestello di Venere, struttura, flusso di liquidi
