Quante volte siamo rimasti affascinati dalla loro forma e dai loro colori e ci siamo ritrovati a maneggiarle, giocando con la strana aderenza tra le sue parti più piccole: stiamo parlando delle penne degli uccelli. Il particolare meccanismo a cerniera che percepiamo tra le nostre dita quando tocchiamo una penna potrebbe divenire il modello per nuovi adesivi e materiali aerospaziali secondo gli ingegneri della University of California San Diego, autori della ricerca descritta in un articolo pubblicato su Science Advances.

Le penne degli uccelli e le loro particolari proprietà

Le penne degli uccelli hanno il compito di mantenere costante la temperatura del loro corpo e sono essenziali per il volo. La struttura di una penna presenta un asse centrale costituito dal calamo, la parte che si attacca al corpo dell'uccello, inserendosi in un follicolo della pelle, e dal rachide, la continuazione del calamo. Da quest'ultimo si sollevano due lamine continue che, insieme ad esso, costituiscono il vessillo. Il vessillo, a sua volta, è formato da tante laminette o barbe, da cui si dipartono le barbule, corredate sui margini di minuscoli uncini.

Struttura di una penna: 1. Vessillo 2. Rachide 3. Barba 4. Barbula 5. Calamo. Credits: Wikimedia Commons

Tarah Sullivan, autrice principale del lavoro pubblicato su Science Advances, è stata la prima in circa vent'anni a studiare in maniera dettagliata la struttura generale delle penne degli uccelli. Ha stampato in 3D strutture che imitassero il vessillo, le barbe e le barbule per comprendere meglio le loro proprietà, ad esempio come la parte inferiore di una penna possa catturare aria per sollevarsi mentre la parte superiore possa bloccarla quando c'è bisogno che la forza di gravità subentri.

Dalle ali all'industria aerospaziale

La ricercatrice ha osservato che le barbule distano l'una dall'altra tra gli 8 e i 16 micrometri in tutte le specie di uccelli, dai leggiadri colibrì agli imponenti condor. Questa misura potrebbe indicare che lo spazio tra barbule è una proprietà importante per il volo. Studiare ulteriormente il sistema vessillo-barbe-barbule potrebbe condurre allo sviluppo di nuovi materiali per applicazioni aerospaziali e di nuovi adesivi (basti pensare al velcro e alle sue "barbe").
La costruzione di prototipi sta proseguendo e Sullivan ha affermato che dimostrerà le sue teorie in un successivo articolo. L'autrice ha spiegato: "Crediamo che queste strutture potrebbero servire da ispirazione per un adesivo unidirezionale a incastro o per un materiale con una permeabilità direzionale adattabile".

Non solo penne

Lo studio degli organi di volo degli uccelli non si è fermato alle sole penne. Tarah Sullivan ha analizzato anche le ossa delle ali trovando - come molti suoi predecessori - che l'omero, l'osso lungo dell'ala, è più grande di quanto ci si attenda. Impiegando equazioni meccaniche, la scienziata ha però trovato la soluzione di questa anomalia: poiché la robustezza delle ossa di un uccello è limitata, la sua dimensione non può essere proporzionale al peso dell'animale. L'omero deve crescere velocemente ed essere più grande per resistere alle forze a cui è soggetto durante il volo.

La diversità animale deve essere protetta. Vi suggeriamo di leggere l'articolo di Michele Zanetti, "Tutelare la biodiversità". Lo potrete acquistare singolarmente o scaricando l'intero numero di ottobre 2015 di Sapere.