Il Professor Pablo Zavattieri mostra una testa di zanzara stampata in 3D.
Ricreate antenne di zanzare per studiare meglio la loro sensibilità alle vibrazioni, il che può migliorare il modo in cui i disastri naturali vengono monitorati e rilevati
Come le zanzare ascoltano ispirando nuovi modi per rilevare disastri naturali.
Una delle creature più piacevoli della natura potrebbe benissimo sbloccare una svolta nella risposta alle catastrofi.
Studiate dagli scienziati le antenne di due specie di zanzare - Aedes aegypti e Uranotaenia lowii - note per usare l'udito con lo scopo di attivare diverse funzioni. Attraverso l'uso di modelli computazionali geometricamente completi, si scopre che le caratteristiche architettoniche nell'antenna delle zanzare forniscono meccanismi che promuovono il rilevamento di specie e obiettivi acustici specifici del sesso tra i segnali non bersaglio prodotti dalle loro stesse alette.
Un team di ricerca universitario Purdue multidisciplinare sta ricreando antenne da zanzara per studiare meglio la loro sensibilità alle vibrazioni. Se la ricerca dovesse rivelarsi fruttuosa, potrebbe portare a miglioramenti nel monitoraggio e nel rilevamento di catastrofi naturali come terremoti e tsunami.
I gruppi di ricerca guidati dai professori della Purdue University, il dottor Pablo D Zavattieri (1) e il dottor Ximena Bernal (2) hanno condotto questo lavoro, che è pubblicato sulla rivista Acta Biomaterialia (3).
«Siamo ancora nelle prime fasi, ma siamo piuttosto ottimisti sul fatto che almeno impareremo molto», hanno affermato il dottor Pablo D Zavattieri, il professor Jerry M. Woodall (4) e Lynda T. Engelhardt professoressa di ingegneria civile nel College of Engineering di Purdue. «Prendere ispirazione dalla natura e usarla per far progredire la ricerca scientifica è stata una caratteristica fondamentale dell'ingegneria sin dall'inizio».
Nonostante la mancanza di orecchie tradizionali, le zanzare si affidano alle loro antenne per navigare nel paesaggio uditivo, facendo un giro su suoni cruciali in mezzo al rumore di fondo.
Attraverso l'analisi delle caratteristiche intrinseche nelle antenne delle zanzare - in particolare la disposizione e la morfologia dei peli sensoriali - il team di ricerca di ingegneria civile e costruzioni composto da Phani Saketh Dasika (4) (MSCE '23) ha affermato di aver già acquisito approfondimenti profondi su come questi adattamenti migliorano la sensibilità uditiva e la risposta selettiva ai segnali ambientali.
«Utilizzando l'imaging micro-CT avanzato per creare modelli CAD ad alta fedeltà per l'analisi degli elementi finiti, abbiamo scoperto che le caratteristiche architettoniche delle antenne delle zanzare consentono il rilevamento del bersaglio acustico specifico per specie e sesso, anche dei segnali non artificiali come il battito delle loro alette», ha detto Dasika. «I nostri risultati suggeriscono anche che le antenne delle zanzare sono in grado di rilevare una gamma più ampia di frequenze di quanto si pensasse in precedenza, sebbene non tutte queste possano essere attivamente utilizzate».
I risultati del team hanno fornito informazioni chiave per determinare se le antenne di una zanzara potrebbero ispirare la progettazione di sensori acustici.
Secondo il dottor Ximena Bernal, professore di scienze biologiche nel college di scienze di Purdue, «Comprendere come funzionano queste strutture è il primo passo verso lo sviluppo di sensori acustici ispirati alle loro antenne sensibili».
«In termini di impatto sociale, le intuizioni delle antenne da zanzare potrebbero anche informare lo sviluppo di materiali di cancellazione del rumore intelligente», ha affermato il dottor Pablo D Zavattieri. Questi materiali, potenzialmente incorporando canali microfluidici o metamateriali sintonizzabili, potrebbero essere utilizzati per creare pannelli insonorizzati per edifici, cuffie che cancellano il rumore o persino dispositivi di cloaking acustico.
«Immagina ambienti urbani dotati di sensori di ispirazione bio-ispirata, simili a “grandi orecchie”, in grado di discernere suoni specifici in mezzo al trambusto della vita della città», ha detto Zavattieri. «In tempi di crisi - come i terremoti o altri disastri - questi sensori diventano preziosi, rilevando rapidamente segnali deboli di angoscia e guidando gli sforzi di salvataggio per i bisognosi».
Il dottor Zavattieri ha affermato che il team è attualmente focalizzato sulla ricreazione delle antenne attraverso la stampa 3D, utilizzando materiali diversi e a dimensioni variabili per i test di frequenza.
Questa ricerca è finanziata dal Air Force Office of Scientific Research Multi-University Research Initiative (AFOSR-FA9550-15-1-0009) e dal National Science Foundation (IOS-2054636).
Riferimenti:
(2) Ximena Bernal
(3) Mechanistic insights into mosquito antennal architecture for auditory adaptations
(4) Jerry M. Woodal
Descrizione foto: Il Professor Pablo Zavattieri mostra una testa di zanzara stampata in 3D. - Credit: Purdue University photo/Drew Stone.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: How mosquitos hear may inspire new ways to detect natural disasters