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Che viviate in montagna, in campagna, al mare o in città, certamente vi sarete imbattuti in un geco almeno una volta nella vita. Sono dei simpaticissimi rettili dalle abitudini notturne, simili alle nostre comuni lucertole. Appartengono ad un gruppo molto antico e iper-diversificato di organismi che comprende specie con diverse forme, colori e dimensioni. Se non amate i rettili, questi innocui animaletti potrebbero farvi impressione ma, dopo aver letto questo articolo, speriamo li troviate quantomeno più interessanti di prima!
Dovete sapere infatti che i gechi sono degli esperti scalatori che possono aderire praticamente a qualsiasi tipo di superficie. Come? Grazie a delle speciali micro-strutture sui palmi delle loro zampe! Gli scienziati esperti in biomimicry non potevano che studiarle nel dettaglio per capire come funzionano e come mimare questa loro caratteristica per realizzare degli adesivi privi di colla.

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in foto: Tarentola mauritanica L., il geco comune

Cosa rende il geco un esperto scalatore?

La capacità unica dei gechi di scalare le pareti e di appendersi ai soffitti ha attirato l'interesse dei naturalisti per secoli, a partire dalle osservazioni di Aristotele nel suo trattato intitolato Storia degli animali in cui cita proprio la capacità di queste creature di "correre su e giù per un albero in qualsiasi modo". È solo di recente che gli scienziati hanno svelato il segreto dietro la sconcertante mobilità dei gechi e hanno iniziato a progettare materiali sintetici che imitano questa loro abilità.

Le zampe dei gechi non rilasciano alcuna sostanza collosa o vischiosa per aderire alle superfici, sono perfettamente asciutte. Ma senza colla, come fanno ad aderire praticamente a tutto? Il segreto risiede in nanostrutture costituite da cheratina e invisibili ad occhio nudo posizionate sulle loro zampe. I palmi del geco sono infatti costituiti da una serie estremamente organizzata di minuscoli peli chiamati setole o setae (si legge sete) che si ramificano ancora e ancora fino a diventare dei sottili capillari che chiamiamo spatole.
Guardando una zampa di geco al microscopio potremmo notare che queste nano-strutture sono minuscole ed estremamente ramificate!

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in foto: Struttura di adesione del geco: macroscopica (a–c) e microscopica (d–f) (Credit: Wang et al., 2021).

Il segreto dei gechi è una questione di micro-forze

Nei primi studi sull'aderenza dei gechi gli scienziati ipotizzarono che potessero entrare in gioco meccanismi di aspirazione, attrito o forze elettrostatiche, ma fu solo a partire dai primi anni 2000 che si scoprì che l'adesione era dovuta per la maggiore alle cosiddette forze di van der Waals che si instaurano tra le setole e la superficie. Sono forze di interazione tra molecole generate da un leggero campo elettrico a livello atomico. Si forma una polarità nelle molecole: la parte carica positivamente di una molecola attrae quella carica negativamente della molecola vicina, che quindi tendono ad avvicinarsi e aderire tra loro. Sono pazzesche perché persistono anche in condizioni estreme di temperatura, pressione e radiazione!

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Nella maggior parte dei casi sono forze piuttosto deboli, ma non su micro e nanoscala: lì sì che diventano significative! Più le spatole sono piccole e più l'adesione sarà grande. Il geco applica una leggera pressione, aumenta la superficie di contatto e il gioco è fatto.
Sembra però che il segreto dell'adesione non sia tutto qua: di recente è stato scoperto che quelle di van der Waals non sono le uniche forze responsabili di questa eccezionale abilità ma che sono coinvolte anche le forze capillari.
Mettiamola così: quando l'umidità relativa è alta, le forze capillari possono combinarsi con quelle di van der Waals per mantenere il geco in posizione. Questo però dipende molto dall'angolo di contatto tra la superficie e le nanostrutture del geco. Sostanzialmente però i ricercatori concordano sul fatto che la forza di van der Waals sia la principale fonte di adesione del nostro amico rettile.

Il nastro adesivo ispirato ai gechi da usare anche nello Spazio

Gli adesivi realizzati dall'uomo perdono rapidamente la loro adesività dopo il primo utilizzo, mentre animali come i gechi possono riutilizzare i loro piedini adesivi per tutta la vita! E chi ci vieta di "copiare"?
L'uso naturale di strutture cosiddette "fibrillari" come adesivi forti, rinnovabili e autopulenti ha ispirato lo sviluppo di adesivi sintetici con superfici strutturate nella medesima maniera. Più di un decennio di ricerca è culminato nel nastro geco (in inglese gecko tape), un adesivo riutilizzabile che ha una superficie strutturata simile a quella dei gechi e che, per alcuni versi, supera per qualità il solito e comune nastro adesivo.

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in foto: Diverse tipologie di strutture realizzate mimando le setole dei gechi. (Credit: Wang et al., 2021).

I ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, stanno lavorando ad un sistema di adesione proprio ispirato ai gechi. L'ingegnere Aaron Parness e colleghi hanno utilizzato questa tecnologia per creare un materiale con minuscoli peli sintetici ben più sottili di un capello umano. Questi sarebbero in grado di far aderire il materiale alla superficie desiderata ogni qual volta venga applicata una forza. I peli si piegano aderendo alle superfici quasi per magia e non c'è bisogno di una superficie di contatto specifica (come ad esempio strutture maschio-femmina). Queste peculiarità lo rendono un materiale potenzialmente utilizzabile nel vuoto dello Spazio! Sono in corso, infatti, alcuni studi applicativi per poter usare questa tecnologia sia all'interno che all'esterno dei velivoli spaziali.
Non solo, si stanno sperimentando anche alcune applicazioni in campo medico per lo sviluppo di nastri adesivi biocompatibili e biodegradabili per sostituire punti di sutura e favorire la guarigione delle ferite…E chissà quante altre cose riusciremo a fare in futuro!

Bibliografia

Wang, Wei, Yang Liu, and Zongwu Xie. "Gecko-like dry adhesive surfaces and their applications: a review." Journal of Bionic Engineering 18.5 (2021): 1011-1044.
ON-OFF Adhesive Grippers for Earth Orbit – NASA

Articolo a cura di
Nicole Pillepich