Il flusso che attraversa una spugna fonte di ispirazione per sofisticati progetti di ingegneria

Il cestello di Venere (๐˜Œ๐˜ถ๐˜ฑ๐˜ญ๐˜ฆ๐˜ค๐˜ต๐˜ฆ๐˜ญ๐˜ญ๐˜ข ๐˜ข๐˜ด๐˜ฑ๐˜ฆ๐˜ณ๐˜จ๐˜ช๐˜ญ๐˜ญ๐˜ถ๐˜ฎ) รจ una spugna che vive sul fondo dell'Oceano Pacifico. Queste spugne hanno un insolito scheletro di vetro che le aiuta a raccogliere cibo e ora sembra metterle persino in grado di controllare le correnti oceaniche.ย 

Secondo sofisticate simulazioni numeriche sembra che la spugna riduca la resistenza idrodinamica che probabilmente aiuta nella cattura di particelle di cibo, cosรฌ come dello sperma per la riproduzione sessuale.

La struttura del cestello di Venere con il suo intricato scheletro di vetro fornisce un notevole supporto meccanico e ha ispirato una generazione di ponti e grattacieli robusti e leggeri. L'acqua viene continuamente aspirata dentro e fuori dalla cavitร  del corpo centrale della spugna attraverso i pori, per filtrare le particelle di cibo e scambiare i gas. Sebbene le proprietร  meccaniche dello scheletro della spugna siano ben documentate, si sa poco del fluido dettagliato che scorre intorno e attraverso l'organismo. In un articolo su Nature, Falcucci et al.2 utilizzano simulazioni fluidodinamiche all'avanguardia per risolvere questi flussi. I loro risultati mostrano che gli elementi strutturali della spugna riducono l'impatto delle forze idrodinamiche sull'organismo e generano schemi di circolazione interna che potrebbero essere utilizzati per l'alimentazione e la riproduzione sessuale.

Questo lavoro fornisce un esempio lampante di come le simulazioni numeriche all'avanguardia possono essere utilizzate per esplorare problemi in aree come la biomeccanica, la fluidodinamica fondamentale e la progettazione bioispirata. I risultati di Falcucci e colleghi suggeriscono che molte delle strutture complesse osservate negli invertebrati marini e in altri organismi hanno conseguenze non-intuitive per la fluidodinamica. L'approccio degli autori potrebbe essere applicato a una vasta gamma di enigmi in natura relativi non solo alla filtrazione degli alimenti, allo scambio di gas e alla riduzione della resistenza, ma anche alla cattura del polline e alla perdita di calore. Ad esempio, tali simulazioni di flusso multi-scala potrebbero essere utilizzate per comprendere l'idrodinamica dello scambio di gas attraverso le barriere coralline o l'aerodinamica della cattura del polline.

ย Inoltre, questo studio sul cestello di Venere rivela come geometrie complesse possono manipolare il flusso dei fluidi per molteplici funzioni, tra cui la riduzione della resistenza, il supporto meccanico e il filtraggio delle particelle. Le lezioni apprese da questo organismo potrebbero ispirare strutture ingegneristiche multifunzionali migliorate, come dispositivi di campionamento e filtraggio.

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Materiali modificati da: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03658-1

Photo Credit: Di Myself, as modification of above - My modification of image Venus_Flower_Basket.jpg contributed by user:Grd, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1910777

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