Biomimetica: insegnamenti dalla natura per strutture ottimizzate del futuro = Biomimicry: lessons from nature for optimized structures of the future

Con il termine biomimetica si intende la pratica che apprende e imita le strategie trovate in natura per risolvere le sfide di tutti i giorni. Esistono due tipi di approcci per l'applicazione della biomimetica come modello di progettazione: l’approccio Top-down e l’approccio Bottom-up; nel primo caso i progettisti guardano agli organismi e alla natura come soluzioni, mentre nel secondo si parte da un organismo o ecosistema ispiratore e se ne ricerca un’applicazione innovativa. Dalla descrizione a carattere generale della biomimetica si è poi passati ad analizzare le costruzioni naturali, che proprio come quelle create dall’uomo, svolgono una moltitudine di funzioni, tra le quali il controllo della temperatura, la gestione dell’acqua e lo scambio di gas e ventilazione. Successivamente, da alcune considerazioni di tipo strutturale, si è voluto dare spazio al celebre esempio della Victoria amazonica che, grazie alle proprietà di robustezza e alla nervatura delle sue foglie, fu di ispirazione per l’opera realizzata per ospitare l’Esposizione Universale del 1851, che oggi conosciamo con il nome di Crystal Palace. Nell’elaborato non si parla di strutture in generale, ma si tratta in modo specifico il caso delle tensostrutture, le quali traggono ispirazione dalle ragnatele presenti in natura, come descritto e approfondito dall’architetto e ingegnere tedesco Frei Otto, padre delle tensostrutture moderne. La caratteristica principale di queste opere è quella di avere elementi portanti dotati di sola rigidezza assiale, attiva in stato unilaterale di sollecitazione per trazione (N>0). Dopodiché si sono elencate alcune informazioni relative ai sistemi di stabilizzazioni delle funi, ai sistemi spaziali, alle fondazioni e alle membrane di copertura utili a comprendere facilmente il successivo lavoro di tesi riguardante il “caso studio”. Il caso studio si incentra, dapprima sull’analogia tra la struttura leggera e la ragnatela, mettendo a confronto anche i diagrammi sforzo-deformazione dell’acciaio ad alta resistenza e dei fili di seta, e successivamente sulla presentazione di alcune possibili soluzioni ed ottimizzazioni ispirate alla natura, applicabili in ottica futura, effettuate sull’involucro esterno della tensostruttura. Si parte dalla realizzazione e modellazione della tensostruttura, la cui forma deformata è stata realizzata tramite il caso di carico form-finding, quest’ultimo fondamentale a minimizzare il quantitativo di materiale e ottimizzare la geometria, la stabilità e la resistenza dell’opera. A partire dalla tensostruttura descritta, si sono approfonditi tre interventi migliorativi applicabili alla membrana esterna, fornendo sempre dei chiari riferimenti comportamentali con la natura, descritti mediante prove e studi di laboratorio. Si è quindi giunti al concepimento di polimeri auto-riparanti ispirati al processo di auto-guarigione presenti in alcune piante, di pannelli solari flessibili ispirate alle ali di farfalla e infine di membrane fotoniche flessibili per il raffreddamento passivo efficiente ispirate al coleottero. L’obbiettivo che si pone la biomimetica, per il futuro, deve essere quello di ispirare ingegneri e architetti nella realizzazione di progetti che siano radicalmente sostenibili e ispirati al mondo naturale.