Scoperta rivoluzionaria sulle razze di mobula
Un’importante scoperta è stata fatta dagli ingegneri del MIT riguardo alla razza di mobula, una specie di razza acquatica filtrante. Questa specie utilizza un meccanismo unico per alimentarsi e respirare contemporaneamente, il che potrebbe avere un impatto rivoluzionario sui filtri industriali dell’acqua. Studiando attentamente la geometria della bocca e delle strutture branchiali della razza, gli ingegneri hanno sviluppato un progetto per sistemi di filtrazione più efficienti. Questo progetto bilancia la permeabilità con la selettività per migliorare le prestazioni senza aumentare il consumo energetico.
Il design naturale della razza di mobula
I filtratori a filtro sono presenti in diverse specie animali, dalle più piccole come crostacei e krill, fino a specie più grandi come squali e balene. Gli ingegneri del MIT hanno concentrato la loro attenzione sulla razza di mobula, un gruppo di razze acquatiche che includono la razza manta e la razza diavolo. Queste razze si nutrono nuotando con la bocca spalancata attraverso acque ricche di plancton, catturando le particelle di plancton mentre l’acqua scorre nella loro bocca e fuori attraverso le branchie. All’interno della bocca della razza, sono presenti delle strutture a pettine chiamate piastre, che incanalano l’acqua verso le branchie in modo preciso per massimizzare l’efficienza del processo di alimentazione e respirazione.
Il bilanciamento perfetto tra alimentazione e respirazione
Il team del MIT ha scoperto che le piastre presenti nella bocca della razza di mobula sono disposte in modo tale da far rimbalzare le particelle di plancton più in profondità nella bocca anziché fuggire attraverso le branchie. Questo meccanismo consente alla razza di nutrirsi e respirare contemporaneamente in modo ottimale. Secondo l’autrice dello studio Anette Peko Hosoi, professore di Ingegneria Meccanica al MIT, la razza di mobula ha evoluto la geometria delle sue piastre per bilanciare in modo perfetto l’alimentazione e la respirazione.
Applicazioni innovative nel settore industriale
Gli ingegneri hanno preso ispirazione dal design naturale della razza di mobula per sviluppare un filtro dell’acqua che replicasse le caratteristiche di filtraggio del plancton. Attraverso esperimenti con strutture simili a piastre stampate in 3D, il team ha elaborato un progetto che potrebbe essere utilizzato per ottimizzare i filtri industriali a flusso trasversale. Questi filtri sono simili nella configurazione a quella della razza di mobula e potrebbero beneficiare delle nuove conoscenze acquisite dallo studio della razza.
Contributo alla ricerca durante la pandemia di Covid
Il focus del gruppo di ricerca sulle tecniche di filtrazione è emerso durante la pandemia di Covid, quando i ricercatori stavano lavorando su maschere facciali per filtrare il virus. Successivamente, il dottorando del MIT Xinyu Mao ha ampliato la ricerca per studiare come i meccanismi di filtraggio a filtro presenti negli animali potessero essere applicati per migliorare i filtri utilizzati nell’industria, come nelle centrali di trattamento delle acque.
Equilibrio tra permeabilità e selettività
Il team ha osservato che i filtri industriali devono trovare un equilibrio tra permeabilità e selettività. Una membrana con pori troppo grandi potrebbe essere altamente permeabile ma poco selettiva, mentre una con pori troppo piccoli sarebbe molto selettiva ma richiederebbe più energia per il passaggio dell’acqua. La razza di mobula ha trovato un equilibrio ideale tra permeabilità e selettività, filtrando efficacemente le particelle di plancton senza compromettere la respirazione.
Applicazione pratica dei principi di filtraggio
Attraverso esperimenti con un filtro ispirato alla razza di mobula, il team ha osservato come il flusso dell’acqua potesse generare vortici che bloccavano efficacemente le particelle indesiderate. Questi vortici sono stati identificati come la chiave della capacità di filtraggio della razza di mobula e potrebbero essere utilizzati per migliorare i filtri industriali a flusso trasversale. La ricerca del MIT fornisce linee guida pratiche per progettare filtri che sfruttino efficacemente i principi di filtraggio delle razze di mobula, aprendo nuove prospettive nel campo della filtrazione industriale.
Contributo alla scienza e all’ingegneria
Il lavoro dei ricercatori del MIT, pubblicato nelle Proceedings of the National Academy of Sciences, offre un’importante contributo alla comprensione dei meccanismi di filtraggio presenti nella natura e alla loro possibile applicazione nell’ingegneria industriale.
Links:
