Ali d’insetto come un origami ingegneristico

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Nel corso di milioni di anni in alcune specie di insetti, i dermatteri, la piegatura delle ali si è modificata in modo da ottimizzare i loro movimenti tanto in volo quanto a terra. Questi animali, noti comunemente come tagliaforbici (o insetti forbice), sono in grado di piegare le ali posteriori quando atterrano, riducendo la superficie dell’apertura alare da dieci a quindici volte o più, a seconda della specie. Tale sistema di piegatura, simile agli origami, costituisce l’esempio più compatto che si possa trovare in un insetto volante. I dermatteri hanno acquisito, grazie a questo meccanismo, anche una maggior mobilità al suolo. L’ala, piegandosi a ventaglio e lungo linee trasversali, li avvantaggia in molti modi rispetto agli altri insetti, perché il sistema di chiusura permette all’addome di flettersi completamente. I dermatteri sono così in grado di infilarsi nel terreno e passare attraverso piccoli interstizi, oltre che di utilizzare le loro caratteristiche pinze posteriori.

In un recente studio condotto da ingegneri e paleobiologi dell’Università di Kyushu, in Giappone, e dell’Università di Oxford, nel Regno Unito, i ricercatori hanno ricreato il modello geometrico di piegatura delle ali dei dermatteri. La ricerca, pubblicata sugli Atti della National Academy of Sciences degli Stati

Uniti d’America, mostra come sia possibile, adottando quello schema, creare dispositivi automatici richiudibili a ventaglio estremamente flessibili e compatti, che possono essere utilizzati nell’architettura e nell’ingegneria aerospaziale.

Nonostante questa caratteristica peculiare dei dermatteri fosse nota ai ricercatori, il modello geometrico per riprodurre il complesso meccanismo di piegatura era ancora sconosciuto. «Il metodo per progettare il nostro ventaglio, ispirato alle ali dei dermatteri, si basa sulla piegatura del foglio con la tecnica degli origami, un teorema matematico che spiega come creare una figura richiudibile», spiega Kazuya Saito, ingegnere presso la Facoltà di design dell’Università di Kyushu. La costruzione geometrica è riproducibile anche su foglio di carta, disegnando una circonferenza, un punto e particolari segmenti a raggiera. Piegando poi lungo le linee tracciate, prima a ventaglio poi trasversalmente, si ottiene la rappresentazione di un meccanismo che si è evoluto in milioni di anni.

Il metodo proposto dai ricercatori consente inoltre di comprendere il funzionamento delle ali di un antichissimo antenato del dermattero, il Protelytron permianum, vissuto 280 milioni di anni fa, e di proporre così nuovi modelli per descrivere il processo evolutivo e i meccanismi che ne hanno determinato un vantaggio biologico. I risultati dello studio possono essere utilizzati nella ricerca biomimetica, sfruttando le efficienti proprietà ingegneristiche riproducibili con un semplice software. «La natura è stata costantemente una fonte di ispirazione», afferma il professor Zhong You, del Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Oxford. «Le tecnologie bio-ispirate continuano a offrire alcuni dei modi più efficienti e sostenibili per affrontare molte delle sfide del futuro».