Trarre ispirazione dalla natura potrebbe permettere ai ricercatori di formulare vernici antigelo utili per proteggere sia i pannelli solari che le superfici delle ali degli aerei.
I ricercatori dell'Università del Michigan hanno recentemente annunciato di essere impegnati nello studio delle molecole biologiche utilizzate da altri esseri viventi per sopravvivere alle temperature di congelamento, al fine di identificare un materiale innovativo non tossico che potrebbe aiutare a sviluppare vernici capaci di mantenere i pannelli solari e le ali degli aerei liberi dal ghiaccio. Il progetto, dal valore di 11,5 milioni di dollari e finanziato dalla Defense Advanced Research Projects Agency, è portato avanti anche dalla Raytheon Technologies, dalla North Dakota State University e dall'Università del Minnesota.
I materiali attualmente impiegati per affrontare queste sfide presentano notevoli inconvenienti. Ad esempio, i sali stradali sono efficaci nel prevenire il congelamento di marciapiedi e strade, ma corrodono il cemento
e si infiltrano nelle acque dolci naturali tramite il deflusso, danneggiando l'ecosistema acquatico. D'altra parte, anche se l'uso di fluidi antighiaccio sugli aeromobili assicura la sicurezza dei voli invernali, le sostanze chimiche contenute in tali liquidi sono tossiche e possono contribuire all'inquinamento dei corsi d'acqua.
Il nuovo progetto, tuttavia, mira a trovare molecole utilizzabili per manipolare il ghiaccio e la neve in diversi modi, tra cui modificare la temperatura di congelamento dell'acqua, aumentare e diminuire la forza con cui il ghiaccio aderisce alle superfici, modificare la struttura del ghiaccio formato nonché inibire o favorire la crescita dei cristalli di ghiaccio sulle superfici.
"Negli ultimi sette o otto anni, il mio gruppo ha realizzato superfici con una bassissima adesione al ghiaccio. Questi rivestimenti capaci di eliminare il ghiaccio possono essere molto utili per diverse applicazioni, come le turbine eoliche, le linee elettriche o le ali degli aerei. Tuttavia, per molte altre applicazioni, sarebbe utile eliminare completamente la formazione di ghiaccio. Impedire la formazione di ghiaccio per ore e ore in condizioni di gelo è stato finora molto difficile da realizzare,” ha dichiarato Anish Tuteja, professore di scienza dei materiali e ingegneria presso l'Università del Michigan.
Ispirarsi alla natura
Il team di ricerca si sta ispirando a piante, animali e microbi per raggiungere i propri obiettivi. Molti organismi producono molecole che gli permettono di sopravvivere al congelamento o che impediscono al loro corpo di congelarsi. Le rane di legno, ad esempio, si congelano completamente ogni inverno, ma riprendono la loro vita regolarmente durante la primavera.
Esse sopravvivono alle temperature di congelamento producendo lipidi antigelo che impediscono al ghiaccio di danneggiare le loro membrane cellulari durante l’assideramento invernale, abbassando la temperatura di congelamento dell'acqua. Il team di ricerca esaminerà attentamente queste molecole come base per lo sviluppo di nuove soluzioni antigelo.
"Combinando le molecole nei rapporti appropriati, è possibile ottenere una diminuzione del punto di congelamento maggiore di quanto sarebbe possibile con ogni molecola singolarmente. Una volta raccolti un ampio volume di dati sulle modalità di funzionamento di queste molecole, collaboreremo con gli esperti di machine learning per identificare le parti della molecola che possono essere modificate al fine di migliorarne ulteriormente le prestazioni", ha concluso Tuteja.