Voleremo come le libellule?

Il sistema meccanosensoriale scoperto sulle ali di libellule e damigelle potrebbe servire per progettare il volo del futuro

[19 Aprile 2022]

Lo studio “Systematic characterization of wing mechanosensors that monitor airflow and wing deformations”, pubblicato recentemente su iScience da un team di ricercatori britannici, australiani e statunitensi guidato da Huai-Ti Lin , del Dipartimento di bioingegneria dell’Imperial College London, rappresenta la descrizione più completa mai registrata di un sistema sensoriale di ali di insetto.

Studiando i sensori sulle ali, il team di ricercatori sta  cercando di capire come gli insetti volanti monitorano lo stato delle loro ali in tempo reale e rispondono ai cambiamenti nel flusso d’aria. All’Imperial College London spiegano che «Prevediamo che, studiando i sensori alari utilizzati da insetti e altri animali volanti, i ricercatori saranno in grado di capire quali sono le informazioni critiche necessarie per costruire ali più efficaci su aerei o altre macchine che controllano il flusso d’aria. Le ali degli animali si deformano piegandosi e ruotando durante il volo in modi che possono migliorarne la portanza, facilitare il controllo del volo e mitigare i danni; un processo che richiede meccanosensori che rispondano al flusso d’aria locale e alla tensione sull’ala. Senza una mappa completa della rete sensoriale, i tentativi passati di analizzare la meccanica delle ali e modellare le strategie di controllo del feedback utilizzate in volo sono stati per lo più ipotetici. Per comprendere appieno come funzionano le ali deformabili, i ricercatori devono sapere quali meccanosensori si trovano sull’ala e come sono cablati e distribuiti».

E lo studio pubblicato su iScience  ha scoperto un numero sorprendentemente alto di sensori sulle libellule e sulle damigelle. Due delle 15 specie studiate, la libellula ricciola orientale (Perithemis tenera) e la damigella ballerina dalla fronte blu (Argia apicalis) sono in fase di indagine approfondita. I ricercatori stimano che la libellula ricciola orientale abbia sulle sue quattro ali più di 3.000 sensori alari, mentre le specie di damigelle ne avrebbero circa la metà.

Lin ha evidenziato che «Sappiamo da molto tempo che le ali di tutti gli animali volanti hanno meccanosensori e questo vale anche per gli insetti, ma siamo rimasti sorpresi dalla varietà e dal numero di neuroni sensoriali che esistono sull’ala. Non ci aspettavamo di trovarne così tanti. Mantenere i neuroni costa un bel po’ di energia metabolica, quindi questo significa che l’animale sta investendo molto su questo sistema sensoriale. La prossima grande domanda è che tipo di informazioni riportano?»

La seconda fase della ricerca, che è in corso, prevede la registrazione dei segnali neurali provenienti dall’ala mentre si applica su di essa il flusso d’aria, per decodificare quello che questi segnali rappresentano durante il volo. Questo si collegherà a una terza fase simultanea della ricerca, che, sulla base dei risultati della prima fase sui tipi di sensori posizionati sull’ala e su come l’ala si deforma, esplorerà strategie che potrebbero essere applicate direttamente alla progettazione dell’ala».

Lin ha fatto l’esempio della scoperta di «Un sensore posizionato in uno schema che sembra rilevare la separazione del flusso d’aria, che può portare allo stallo dell’ala» e conclude: «Qualcosa che potremmo implementare sulle ali degli aerei sarebbe un modello di sensori di flusso in grado di prevedere quando e dove si verifica lo stallo in tempo reale. Questa sarebbe un’informazione molto preziosa per il controllo del volo perché l’ala di solito è in grado di rilevare qualcosa che sta accadendo prima che il corpo principale dell’aereo inizi ad avere una sorta di vibrazione. Posizionando i sensori direttamente sull’ala, puoi rilevare queste cose molto prima, specialmente nel flusso d’aria instabile che è difficile da modellare e tenere in considerazione nel controller di volo di serie. Il design delle ali è importante, dalle auto di F1 alle turbine eoliche. Ci aspettiamo che il rilevamento delle ali di ispirazione biologica svolga un ruolo nei progetti funzionali delle ali future».