La pelle è uno strumento in più per la versatile proboscide degli elefanti (VIDEO)
Una scoperta che può avere applicazioni nella robotica morbida
[20 Luglio 2022]
Il nuovo studio “Skin wrinkles and folds enable asymmetric stretch in the elephant trunk”, pubblicato su Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) da un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology e del Royal College of Surgeons in collaborazione con lo Zoo di Atlanta statunitensi e irlandesi suggerisce che non sono solo i muscoli a consentire agli elefanti di allungare la loro proboscide, anche le pieghe della pelle svolgono un ruolo importante: «La combinazione di muscoli e pelle conferisce all’animale la versatilità per afferrare sia la vegetazione fragile che fare a pezzi i tronchi degli alberi».
La ricerca, rileva che «La pelle di un elefante non si allunga in modo uniforme. La parte superiore della proboscide è più flessibile della parte inferiore e le due sezioni iniziano a divergere quando un elefante la allunga più del 10%. Quando si allunga per prendere cibo o oggetti, la sezione dorsale della proboscide scivola ulteriormente in avanti».
Questi risultati potrebbero migliorare le performance della robotica, che oggi punta su forza o flessibilità ma, a differenza della proboscide di un elefante, le macchine non possono fare entrambe le cose. Non a caso, lo studio è stato finanziato dall’Army Research Office dell’U.S. Army Combat Capability Development Command’s Army Research Laboratory. Gli autori dello studio fanno l’esempio della robotica morbida: «Le cavità piene di liquido consentono movimenti flessibili ma possono rompersi facilmente quando vengono applicate forze. I risultati degli elefanti suggeriscono che avvolgere la robotica morbida con una struttura simile alla pelle potrebbe dare alle macchine protezione e forza pur continuando a consentire flessibilità».
Il nuovo studio è stato pubblicato dallo stesso team della Georgia Tech che nel 2021 ha pubblicato sul Journal of the Royal Society Interface lo studio “Suction feeding by elephants” che rivela come gli elefanti usano i muscoli della proboscide per inalare acqua e cibo.
Il principale autore dello studio, Andrew Schulz della George W. Woodruff School of Mechanical Engineering della Georgia Tech spiega che «Quando le persone estendono la lingua, un tessuto muscoloso e disossato simile nella composizione alla proboscide di un elefante, si allunga in modo uniforme. Ci aspettavamo lo stesso quando abbiamo sfidato un elefante a raggiungere il cibo», E’ cos’ d che il team di ricercatori ha filmato allo Zoo di Atlanta due elefanti di savana africani mentre cercavano di raggiungere cubetti di crusca e mele. «Ma quando abbiamo guardato le riprese della nostra telecamera ad alta velocità e tracciato i movimenti della proboscide, siamo rimasti sorpresi. La parte superiore e inferiore non erano affatto la stessa cosa», evidenzia Schulz.
Dopo aver visto il video, Schulz ha allungato il tessuto sezionato di un elefante per capire meglio l’elasticità della pelle ed ha scoperto che «La parte superiore della pelle, che è piegata, è il 15% più flessibile del lato inferiore rugoso». E’ così che il team ha capito che nel video non stava solo vedendo i movimenti muscolari nel video. Stava anche seguendo uno spesso strato di pelle.
Un altro autore dello studio, David Hu, consulente di Schulz e professore alla Woodruff School e alla School of Biological Sciences della Georgia Tech, spiega a sua volta che «Le pieghe cutanee flessibili sono l’innovazione dell’elefante. Proteggono la sezione dorsale e rendono più facile per l’elefante cercare in basso, lo stile di presa più comune quando raccoglie oggetti».
Lo studio della Georgia Tech ha anche scoperto che una proboscide di elefante differisce in un altro modo da altre appendici prive di ossi e piene di muscoli che si trovano in natura, come i tentacoli di calamari e polpi: «Invece di estenderla in modo uniforme, un elefante allunga telescopicamente la proboscide come un ombrello, allungandola gradualmente in onde. Un elefante estende prima la sezione che comprende la punta della proboscide, poi la sezione adiacente e così via, risalendo gradualmente verso il suo corpo».
Schulz dice che «Il movimento progressivo verso la base è intenzionale. Gli elefanti sono come le persone: sono pigri. La sezione alla fine della proboscide è di 1 litro di muscolo. La sezione più vicina alla sua bocca è di 11-15 litri di muscolo. Un elefante allungherà prima l’estremità della proboscide, poi la sezione adiacente, perché sono più facili da spostare. Se un elefante non deve lavorare molto per raggiungere qualcosa, non lo farà».
Schulz racconta di essersi dovuto affidare a disegno del 1908 per comprendere l’anatomia della proboscide, perché nel secolo scorso scienziati e ingegneri non hanno svolto molte ricerche sulla biomeccanica degli elefanti. Parte della sua curiosità per gli elefanti si basa sulla sua convinzione che bisogna aiutarli; pensa che «Una migliore comprensione di questi animali porterà a migliori sforzi di conservazione». Ma, come ingegnere meccanico, Schulz vede anche le applicazioni nella robotica e conclude: «La robotica morbida creata con un design di ispirazione biologica si basa sempre sul movimento muscolare. Se fossero avvolti con una pelle protettiva, come la proboscide piena di muscoli di un elefante, le macchine potrebbero applicare forze maggiori. L’anno scorso abbiamo appreso che una proboscide è un idrostato multiuso e muscoloso. Ora sappiamo che la pelle è un altro strumento a sua disposizione».