Gli embrioni delle stelle marine si raggruppano spontaneamente in una struttura simile a un cristallo che può essere replicata nella progettazione di sciami robotici autoassemblanti
MIT Technology Review Italia
Nelle sue prime fasi, molto prima che germoglino le sue appendici distintive, un embrione di stella marina assomiglia a una minuscola perla, che gira nell’acqua come un cuscinetto a sfere in miniatura. Se più embrioni ruotano verso la superficie dell’acqua, gravitano l’uno sull’altro e danno vita a una struttura cristallina “vivente” sorprendentemente organizzata con caratteristiche insolite di elasticità.
“Questi embrioni sembrano bellissime perle di vetro che danzano per assumere una forma predefinita“, afferma la prof.ssa Nikta Fakhri del MIT. “Al di là delle stelle marine, il principio di autoassemblaggio potrebbe estendersi a sciami di robot rotanti che replicano lo schema di interazione delle stelle marine.
Fakhri e i suoi colleghi hanno pubblicato i risultati del loro studio su “Nature” . “Le stelle marine sono uno dei più antichi sistemi utilizzati come modello per lo studio della biologia dello sviluppo perché hanno cellule grandi e sono otticamente trasparenti, ma la nostra scoperta è stata in parte fortuita”, spiega Fakhri. I ricercatori stavano osservando come nuotano gli embrioni mentre maturano. Una volta fecondati, gli embrioni crescono e si dividono, formando un guscio che poi germoglia minuscoli peli, o ciglia, che lo spingono attraverso l’acqua. A un certo punto, le ciglia si coordinano per farlo girare in una particolare direzione di rotazione, o “chiralità”.
“Di tanto in tanto”, racconta Fakhri, “un piccolo gruppo si riuniva e in un certo senso ‘ballava’, come avevamo avuto modo di vedere già con le alghe. Allora ci siamo chiesti: cosa succede se ne mettiamo insieme molti?”. Lo hanno fatto. Nello studio migliaia di embrioni di stelle marine in un piatto iniziano a formare questa struttura cristallina che può diventare molto grande. “Lo abbiamo definito cristallo perché ogni embrione si riunisce con altri sei a formare una specie di esagono che si ripete lungo l’intera struttura, che ricorda da vicino quella del grafene“, dice Fakhri.
Per capire il perché, il team ha prima studiato il campo di flusso di un singolo embrione in una superficie d’acqua a cui hanno aggiunto perline molto più piccole. Sulla base della direzione e del flusso delle perline, i ricercatori hanno scoperto che le ciglia sulla superficie dell’embrione battevano in modo tale da farlo ruotare in una direzione particolare e creare vortici su entrambi i lati che attiravano le perline più piccole.
Un modello creato dal team ha prodotto le stesse strutture cristalline osservate negli esperimenti, confermando che il comportamento di cristallizzazione degli embrioni è molto probabilmente il risultato delle loro interazioni idrodinamiche e della loro chiralità. Nei loro esperimenti, il team ha anche osservato che una volta che si era formata una struttura cristallina, persisteva per giorni e durante questo periodo le increspature spontanee hanno iniziato a propagarsi attraverso il cristallo, dimostrando un imprevedibile comportamento elastico”.
Le increspature spontanee e di lunga durata possono essere il risultato di interazioni tra i singoli embrioni, che ruotano l’uno contro l’altro come ingranaggi ad incastro. Con migliaia di ingranaggi rotanti si potrebbe innescare un movimento collettivo più ampio che caratterizza l’intera struttura. I ricercatori stanno ora esplorando come questa struttura autoassemblante possa essere replicata nei sistemi robotici per costruire qualcosa come uno sciame robotico in grado di agire sull’ambiente.
(rp)
