Ispirati dalla natura

Ogni anno, il Ray of Hope Prize del Biomimicry Institute assegna un premio di 100.000 dollari a una startup che, grazie alle proprie innovazioni, contribuisce a rendere le attività umane più sostenibili. L’azienda ECOncrete Tech LTD. ha vinto l’edizione 2020 grazie al suo contributo innovativo all’industria delle costruzioni marittime, con tecnologie che promuovono la rigenerazione degli ecosistemi marini.

Il Biomimicry Institute definisce la biomimetica come “una pratica che impara dalle strategie esistenti in natura per trovare risposte alle sfide della progettazione umana, accendendo con ogni progresso ottenuto, una speranza sempre nuova”. La ricerca e lo sviluppo nel settore della biomimetica sono incentrati sulla sostenibilità e sulla riduzione dell’impatto dell’attività umana sul benessere e sulle risorse limitate del pianeta. Tale intento si riflette nel progetto vincitore del Ray of Hope Prize di quest’anno e nei sette finalisti selezionati per le loro invenzioni.

ECOncrete Tech LTD. è una società con sede in Israele che sviluppa prodotti in calcestruzzo ecocompatibili ad alte prestazioni per progetti di costruzione di infrastrutture costiere e marittime. Promuovendo la crescita di forme di vita marine sulla propria superficie sottomarina, sembra che le strutture in calcestruzzo rendano le costruzioni più stabili nel tempo, prolungandone la durata utile e riducendone i costi di manutenzione. Tra i progetti realizzati dall’azienda, va menzionata la realizzazione di pozze di marea naturali a Fontvieille, nel Principato di Monaco, le quali mimano le dinamiche di quelle che si formano naturalmente nella zona e, commissionato dall’ente Washington State Parks and Recreation, un sistema di materassi antierosione che, sostituendo una paratia in avaria, migliora le condizioni dell’habitat nell’area di varo e alaggio circostante.

E infine, il rafforzamento intradosso della Calandkanaal a Rotterdam, nei Paesi Bassi, con bacini di marea incorporati da bacini in cemento armato grezzo sulle rive del corso d'acqua; questi elementi di contenimento dell'acqua sono assenti nei tradizionali rivestimenti dei cumuli di macerie e nei frangiflutti, ma possono favorire lo sviluppo della fauna ittica e contribuire a migliorare la qualità dell'acqua. L’innovativa tecnologia sviluppata dall’azienda si è guadagnata persino una menzione tra le migliori invenzioni del 2019 secondo TIME Magazine. Nel concorrere per il Ray of Hope Prize, ECOncrete si è misurata con altre sette start up innovative che stanno contribuendo alla sostenibilità di molti settori diversi.

La società statunitense change:WATER Labs (cWL) ha sviluppato un nuovo metodo di smaltimento dei rifiuti organici prodotti dall’uomo basato sull’evaporazione dell’acqua. Tale tecnologia è stata sviluppata nell’ambito di un progetto di riciclo delle acque reflue che l’organizzazione ha svolto per la NASA sulla Stazione spaziale internazionale, ed è nata dalla volontà di cWL di migliorare la condizione di quel 40% della popolazione che non ha accesso a servizi igienici sicuri. La tecnologia di trattamento dei rifiuti di cWL trova applicazione, per esempio, nelle comunità rurali non connesse alla rete e nelle comunità di rifugiati di tutto il mondo.

I servizi igienici portatili a basso costo sviluppati dall’azienda, si servono infatti di una semplice membrana per far evaporare rapidamente il 95% delle acque reflue senza l’ausilio di alcun tipo di energia supplementare. Questa tecnologia innovativa fornisce alle abitazioni una toilette funzionante senza bisogno di corrente elettrica o di impianti idraulici. Le unità compatte, contenute e autonome possono essere facilmente installate in qualsiasi tipo di spazio, mentre la tecnologia di sciacquone automatico funziona senza l’impiego di acqua o prodotti chimici.

L’azienda Cypris Materials Inc. ha sviluppato rivestimenti unici nel loro genere che imitano il colore strutturale esistente in natura. A differenza dei pigmenti e dei coloranti attualmente impiegati nelle vernici, il colore strutturale si basa su materiali nanostrutturati (che riflettono selettivamente i raggi ultravioletti, la luce visibile e quella infrarossa) che possono essere applicati direttamente sulle superfici, proprio come una vernice. Una tecnologia concepita per migliorare l’efficienza energetica degli edifici e delle automobili, eliminando al contempo l’uso di pigmenti inorganici e coloranti tossici.

L’azienda Helicoid Industries produce materiali compositi dalla straordinaria leggerezza, robustezza e resistenza agli urti che trovano applicazione nei settori dell’energia eolica, aerospaziale, degli articoli sportivi, dei componenti automobilistici e industriali. L’innovativa tecnologia Helicoid, sviluppata dall’azienda californiana, imita l’architettura interna delle appendici raptatorie, simili a mazze, della Squilla mantis (un crostaceo più comunemente noto col nome di cicala di mare), di cui si serve per frantumare il guscio delle sue prede a velocità superiori a quelle di un proiettile calibro 22, senza infliggere alcuna lesione a sé stessa. La forza motrice che ha reso possibile lo sviluppo di questa tecnologia, la University of California, Riverside (UCR), ha investito oltre 10 milioni di dollari negli ultimi 14 anni per sottoporre la mazza della Squilla mantis a un’analisi di ingegneria inversa.

Tale analisi ha rivelato che in realtà non è il materiale, bensì il modo in cui esso è strutturato a conferirle tale straordinaria resistenza e durezza. La tecnologia Helicoid è caratterizzata da una struttura formata da lamine di fibre parallele sovrapposte tra loro ad angolazioni oblique, che permette di dare vita a materiali compositi ultra-resistenti in grado di impedire l’espansione delle spaccature, rendendo così i componenti più resistenti agli urti. L’applicazione della tecnologia Helicoid consente di ridurre l’uso di materie prime, permettendo al contempo di creare componenti più leggeri, più efficienti dal punto di vista energetico e a costi di produzione inferiori.

La Metalmark Innovations, un’azienda con sede nel Massachusetts, al problema globale dell’inquinamento atmosferico, risponde al problema dell'inquinamento atmosferico trasformando i fumi contaminati in aria respirabile. Una soluzione innovativa ispirata al funzionamento delle ali delle farfalle, le cui tipiche colorazioni sono date da microstrutture presenti nei materiali che le compongono, dotate inoltre di una funzione idrorepellente e di una leggerezza e una resistenza tali da permettere il volo.

Grazie a tecniche di nanofabbricazione scalabili, Metalmark ha creato strutture simili in varie combinazioni di materiali, incorporandole poi a sistemi di pulizia dell’aria per convertire fumi e particelle tossiche e che causano odori in emissioni benigne. Le strutture possono essere inoltre progettate in modo tale da racchiudere altre proprietà al loro interno, come ad esempio funzioni antivirali e conducibilità elettrica.

L’azienda turca Nanomik Biotechnology ha ideato un’innovazione che protegge le colture dai funghi, con lo scopo di ridurre quella percentuale di frutta e verdura che ogni anno va perduta a causa di infezioni fungine (attualmente intorno al 25%) senza ricorrere all’uso di sostanze chimiche nocive. Mikoks, lo strumento biomimetico creato dall’azienda, funge da conservante naturale durante il processo di preraccolto, in cui si verifica il 70% della perdita di colture a causa di infezioni fungine. 

Mikoks è progettato per controllare il rilascio delle molecole di difesa prodotte dalle piante, un fenomeno naturale la cui azione dura però solo pochi secondi. Il rilascio lento e controllato delle molecole di difesa è reso possibile da un sistema di microincapsulamento che aderisce alle piante aiutandole a combattere l’infezione fungina in corso. L’azienda offre inoltre una gamma di prodotti naturali per lavare gli alimenti, sia ad uso domestico sia commerciale, in grado di preservare la freschezza dei cibi più a lungo.

La società statunitense Pheronym, specializzata nello sviluppo di soluzioni fitosanitarie non tossiche, ha scoperto che un uso mirato dei feromoni permette di controllare il comportamento dei nematodi benefici –microscopici vermi tondi che si trovano naturalmente nel terreno.

I feromoni segnalano infatti ai nematodi di intensificare la propria attività predatoria, spingendoli così a rimuovere naturalmente gli insetti precedentemente tenuti sotto controllo con l’aiuto di pesticidi chimici nocivi. La nuova tecnologia a base di feromoni solubili in acqua è sicura per altri insetti come le api e altri impollinatori e non lascia residui nocivi nel terreno.

L’azienda spotLESS Materials, con sede presso il Technology Center, situato nell’Innovation Park della Penn State University, produce rivestimenti a spruzzo in grado di respingere liquidi, liquami, batteri, depositi minerali e altro ancora. I rivestimenti mantengono pulite le superfici riducendo al contempo in modo significativo la quantità di acqua e prodotti chimici necessari per la pulizia. All’origine di questa innovazione c’è il progetto finanziato dalla Fondazione Gates Reinvent the Toilet Challenge, nato con lo scopo di trovare una soluzione ai residui dei rifiuti organici prodotti dall’uomo nei sistemi di scarico idrosanitari a basso consumo di acqua.

La ricerca svolta dal team di spotLESS per il suddetto progetto, ha portato alla constatazione che, pur essendo dotati di eccellenti proprietà idrorepellenti, la maggior parte dei rivestimenti idrofobici e superidrofobici non sono in grado di respingere i materiali dalla consistenza melmosa. Il gruppo di ricerca si è quindi concentrato sulla realizzazione di rivestimenti in grado di respingere specificamente i rifiuti organici di origine umana.

Fondata da un team di scienziati e sviluppatori tessili del Fashion Institute of Technology di New York City, la società Werewool coltiva fibre naturali create a partire da proteine presenti in natura. I tessuti sono dotati di proprietà performanti intrinseche alle fibre stesse, come il colore e l’elasticità, rendendo così superfluo l’utilizzo di tinture e finiture tossiche nonché di materiali sintetici a base di petrolio. Oltre a comparire tra i finalisti del Ray of Hope Prize 2020, Werewool è stata insignita del Global Change Award 2020. 

Anche se questa innovativa tecnologia è tuttora in fase di sviluppo, una volta disponibile sul mercato, potrebbe contribuire a ridurre significativamente l’impatto ambientale dell’industria della moda, eliminando la presenza tossica delle tinture. Le acque di scarico rilasciate dagli impianti di produzione tessile nei fiumi, torrenti e laghi in prossimità degli stabilimenti, possono infatti causare la morte di parte dei loro ecosistemi. Grazie a una riduzione della quantità di materie prime necessarie per la produzione di fibre tessili e all’assenza delle implicazioni che caratterizzano il fine vita delle fibre sintetiche, il ciclo di vita della tecnologia sviluppata da Werewool è intrinsecamente circolare, poiché in grado di restituire i nutrienti che compongono le fibre all’ecosistema.

Le innovazioni biomimetiche presentate in questo articolo non rappresentano altro che una minima parte delle innovative ricerche in atto, volte a trovare risposte ai problemi legati alla sostenibilità che interessano il nostro pianeta. La biomimetica è vista da molti come l’unica soluzione praticabile alle problematiche che ci troviamo ad affrontare nell’ambito della sostenibilità e delle conseguenze del cambiamento climatico, e il Ray of Hope Prize si impegna a mettere in luce i progetti più innovativi del settore per gli anni a venire.