Secondo i ricercatori dell'Università della Florida centrale (UCF), il segreto per costruire ponti più sicuri o creare veicoli efficaci per la somministrazione di medicinali per via aerea potrebbe trovarsi in un luogo familiare ma inaspettato: le bucce delle arance.

Quando un'arancia viene schiacciata, i micro-getti nella buccia rilasciano un sottile flusso di olio profumato.

Attraverso un'analisi approfondita della struttura meccanica della buccia d'arancia, UCF Assistant Professor of Engineering Andrew K. Dickerson e lo studente laureato Nicholas M. Smith ha determinato i meccanismi specifici attraverso il quale questo olio viene rilasciato.

La ricerca è pubblicata in Atti della National Academy of Sciences.

La meccanica

Tutto ha a che fare con la struttura degli strati nella buccia d'arancia.

Uno strato esterno duro funge da funzione protettiva ed è difficile da forare.

Un secondo strato sotto ha una struttura bianca e spugnosa. Questo strato contiene tasche microscopiche dell'olio profumato.

Il materiale spugnoso è flessibile e in grado di assorbire l'impatto, ma quando schiacciato a una particolare pressione perforerà un buco nello strato esterno della buccia.

Quando questo accade e le sacche d'olio si rompono, i microjet spingono l'olio profumato nascosto all'interno dello strato inferiore con una forza sorprendente. L'olio viene rilasciato a una velocità media di 22 mph e accelera 5,000 G, equivalente a 1,000 moltiplicato per l'esperienza degli astronauti di forza al momento del lancio.

Applicazioni del mondo reale

I ricercatori ritengono che la conoscenza di questa funzione biologica possa essere utilizzata in progetti visionari in vari campi.

Dickerson prevede due potenziali applicazioni di progettazione.

“Immagina economico, monouso inalatori di emergenza distribuiti secondo necessità presso cliniche pubbliche o villaggi remoti ", ha detto. "Il leggero cuscinetto in schiuma verrebbe avvolto in una custodia di plastica e protetto dalla piegatura di una manica di cartone."

"Da usare, la schiuma viene estratta dalla sua manica e posizionata vicino alla bocca", ha continuato. “L'utente lo stringe leggermente, come se piegasse il gommapiuma in due. I getti scoppiarono dalla membrana lucida e sottile che copriva un lato del cuscinetto (questo lato in alto). I getti creano una breve nebbia fine facilmente inalata dall'utente. Il dispositivo è ora esaurito e disponibile ”.

Un tal inalatore potrebbe essere progettato per essere facilmente trasportabile, a basso costo, superfluo, forse anche biodegradabile.

Prevede anche un sistema unico per il monitoraggio dell'integrità strutturale dei ponti.

"I membri del ponte si piegano, si flettono e si torcono", ha detto. “Questo tipo di azioni causa serbatoi di ghiandole oleifere in agrumi per scoppiare. Immaginiamo "pelli" progettate in modo simile incastonate su elementi strutturali artificiali. Al di sopra di un grado critico di flessione o torsione, potrebbero essere progettati per rilasciare un colorante incorporato in piccoli serbatoi nella superficie più esterna, dandoci un avvertimento visivo (o olfattivo). "

Inalatori portatili, sistemi di sicurezza per ponti che cambiano colore: concetti unici come questi potrebbero essere solo la punta dell'iceberg. Una volta nelle mani di ingegneri creativi in ​​tutto il mondo, non si sa come questa ricerca potrebbe essere utilizzata.

Prima che queste visioni possano diventare realtà, tuttavia, è necessario effettuare ulteriori ricerche sulla funzione dei microjets a buccia d'arancia.

"In primo luogo, abbiamo bisogno di elaborare dimensioni e proporzioni", ha detto Dickerson in una dichiarazione. “È importante capire esattamente come funzionano i microjet e come ottimizzare la loro stabilità per applicazioni mediche. La dimensione delle goccioline e la quantità di farmaci che trasportano è fondamentale. Abbiamo ancora molta strada da fare prima che le applicazioni possano essere esplorate. "

Imparare dalla natura

I ricercatori ritengono che studiare la natura possa fornire modi interessanti e unici di guardare ai sistemi ingegnerizzati.

Dickerson, che è un esperto di fluidodinamica, ha già svolto ricerche approfondite sui progetti naturali.

Ha, per esempio, ricercato le dinamiche dei cani bagnati e di altri mammiferi scuotendo la loro pelliccia, così come il modo in cui le zanzare sopravvivono alle collisioni con gocce d'acqua durante le tempeste di pioggia.

Questi due studi potrebbero offrire intuizioni per ingegneri e biologi. Il primo dimostra come asciugare velocemente grandi superfici, mentre il secondo potrebbe aiutarci a generare strategie mirate per resistere alle zanzare.

"La natura ha molte iterazioni, generazioni e millenni per la progettazione di prova", ha affermato Dickerson. “La natura è il nostro più grande insegnante. La natura è perfetta? No, ma ha molte lezioni da insegnarci e stiamo appena iniziando a grattare la superficie. "