Le ossa umane rivelano come stampare strutture 3D super resistenti

La scoperta di come una “trave” di tessuto osseo umano sia in grado di sopportare il logorio di una vita potrebbe tradursi nello sviluppo di materiali leggeri stampati in 3D da utilizzare in edifici, aerei e abitazioni su Marte e sulla Luna.

di Lisa Ovi

Ricercatori della Purdue University, della Cornell University e della Case Western Reserve University hanno scoperto come imitare le proprietà del tessuto osseo per far durare un materiale artificiale 100 volte più a lungo. Pubblicato da PNAS, lo studio rivela come, per quanto i montanti verticali siano responsabili della rigidità e forza del tessuto osseo, sono i montanti orizzontali, apparentemente insignificanti, che forniscono all’osso la sua resilienza e durabilità. 

L’osso è una struttura. Le sue colonne si fanno carico della maggior parte del peso, mentre le travi collegano tra loro le colonne e, insieme, resistono all’usura di una vita. Scoprire il segreto di tanta durabilità può portare all’invenzione di materiali leggeri stampati in 3D capaci di durare abbastanza a lungo da essere utilizzati in edifici, aerei e altre strutture. Le ossa devono la loro resistenza a strutture spugnose chiamate trabecole, organizzate in una rete di montanti verticali interconnesse a montanti orizzontali che fungono da colonne e travi. Più dense sono le trabecole, più resiliente è l’osso nelle attività quotidiane. Malattia e invecchiamento incidono sulla loro densità. 

Secondo le osservazioni di Christopher Hernandez, professore di ingegneria meccanica, aerospaziale e biomedica alla Cornell, contrariamente all’opinione comune, la capacità di resistenza dell’osso sarebbe da attribuirsi meno alle strutture verticali, e più ai montanti orizzontali, in quanto proprio questi sono i primi a venire compromessi con l’età.

L’informazione rappresenta già un passo avanti per lo studio di nuove cure contro l’osteoporosi, ma avrà u impatto anche nell’industria emergente degli edifici stampati in 3D. Sebbene siano molto più veloci ed economici da produrre rispetto alle loro controparti tradizionali, questi edifici non sono ancora necessariamente abbastanza resistenti da gestire catastrofi naturali al pari delle case di oggi. Il problema potrebbe essere risolto riprogettando la struttura interna dei materiali prendendo ispirazione dalla natura, come sta facendo nei propri laboratori Pablo Zavattieri, professore di ingegneria civile della Purdue.

Il laboratorio di Zavattieri ha contribuito alla determinazione dell’impatto (vedi video) dei montanti orizzontali sui tessuti ossei e progettato nuovi polimeri stampati in 3D con elementi architettonici simili alle trabecole. L’ispessimento delle strutture orizzontali non comporta un aumento significativo nella massa dei nuovi polimeri, rendendo quindi i materiali sempre più resistenti a parità di peso. 

Più leggero è un materiale, meno ne serve e più facile diviene costruire direttamente in loco, evitando necessità di trasporto. Tra le organizzazioni interessate alla stampa in 3D di edifici, spiccano ESA e NASA, a caccia di progetti per abitazioni da stampare sulla Luna e su Marte.

Foto: Tessuto osseo, Darshani Kansara, Wikimedia Commons

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