Una scoperta italiana ispirata alla pelle degli squali rivoluziona il settore della biomimetica
Humanae artis natura magistra
La natura è sempre un passo avanti all’uomo. Nel corso di milioni di anni di evoluzione, attraverso quella che Darwin definiva selezione naturale, il mondo naturale ha sviluppato un repertorio straordinario di strutture, strategie e soluzioni. Non sorprende, quindi, che l’essere umano — sin dalle sue origini — abbia guardato alla Natura organica come a un modello, cercando risposte ai problemi che incontrava e che gli organismi avevano già risolto da tempo.
Ancora oggi continuiamo a ispirarci ai meccanismi naturali per comprendere fenomeni complessi e, spesso, per dare vita a innovazioni tecnologiche. È il caso di una recente ricerca italiana che ha introdotto un approccio innovativo nel campo biomedico, prendendo spunto proprio da ciò che la Natura fa da milioni di anni.
Ma prima di entrare nel merito, facciamo un passo indietro…
La biomimetica: la scienza delle soluzioni
Se guardiamo alla sua etimologia, la parola biomimetica unisce il prefisso bio- (dal greco bíos, “vita”) al termine mimesi, “imitazione”. La biomimetica — o biomimesi — è infatti la disciplina che studia e imita i processi biologici e biomeccanici per sviluppare tecnologie ispirate al mondo vivente. In questo senso, rappresenta un vero ponte tra biologia e ingegneria.
Sebbene l’idea di imitare la natura accompagni l’uomo da sempre, uno degli esempi più celebri è la “macchina volante” di Leonardo da Vinci, progettata osservando l’anatomia degli uccelli e la meccanica del volo. La formalizzazione moderna della biomimetica risale però agli anni Cinquanta, quando Otto Herbert Schmitt sviluppò il celebre trigger di Schmitt. Il biofisico ideò questo dispositivo, ancora oggi usato nei circuiti elettronici, studiando la propagazione del potenziale nei nervi dei calamari.
In realtà, molte innovazioni tecnologiche provengono proprio dal mondo marino. L’ecolocalizzazione dei cetacei ha ispirato il sonar; la struttura scheletrica delle spugne vitree è diventata modello per edifici e sonde spaziali ultraleggere; le pinne delle megattere hanno suggerito turbine eoliche più efficienti. Le mangrovie hanno ispirato sistemi di dissalazione che producono acqua dolce da acqua salata sfruttando evaporazione e condensazione attivate dalla luce solare.
E tra le innovazioni più recenti nel campo della biomimetica spicca anche una scoperta tutta italiana, ispirata alla pelle dei selaci (elasmobranchi), cioè gli squali.
Ma cosa rende la pelle degli squali così speciale?
Gli Elasmobranchi hanno il corpo ricoperto da scaglie placoidi, piccole strutture simili a dentelli che ricordano, per composizione e forma, i denti.
Forma e disposizione variano da specie a specie, ma in tutti i casi questa “corazza” offre protezione e soprattutto efficienza idrodinamica. I dentelli, infatti, generano minuscoli vortici che riducono la turbolenza e l’attrito tra l’animale e l’acqua, migliorando la velocità e l’efficacia del nuoto.
Proprio grazie a queste proprietà, la pelle di squalo è diventata un modello per numerose applicazioni tecnologiche:
- pneumatici che imitano la micro‑texture della pelle di squalo per migliorare l’aderenza sul bagnato (Shark Skin Technology);
- rivestimenti aeronautici (Shark Skin) capaci di ridurre l’attrito, resistere a temperature estreme e ai raggi UV, con un potenziale taglio delle emissioni fino al 4%;
- costumi da gara ispirati ai dentelli, utilizzati alle Olimpiadi di Pechino 2008 e poi vietati dalla FINA nel 2010 per l’evidente vantaggio prestazionale;
- rivestimenti per scafi che ottimizzano il flusso dell’acqua e limitano la crescita di organismi marini, offrendo un’alternativa ecologica alle vernici antivegetative.
La pelle di squalo come modello per superfici antibatteriche
Inoltre, la particolare geometria delle scaglie placoidi degli Elasmobranchi impedisce ai batteri di aderirvi: i dentelli disturbano il sottile strato di fluido vicino alla pelle, eliminando la zona necessaria all’ancoraggio.
Ispirandosi a questo principio, un gruppo di ricercatori italiani ha creato superfici antibatteriche sfruttando il buckling, un processo che genera increspature spontanee su materiali morbidi compressi. Sono state prodotte superfici con diversi pattern: increspature molto ravvicinate (0,5–2 μm) e piegature più ampie (5–20 μm).
Le superfici sono state testate in un dispositivo microfluidico che simula il flusso dei fluidi corporei, analizzando la capacità di adesione di Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus. Le simulazioni mostrano che le creste concentrano lo shear — la forza di trascinamento del flusso sui batteri — mentre le valli creano zone a basso shear che favoriscono l’adesione.
I risultati confermano che le increspature da 2 μm riducono la colonizzazione di oltre il 70%, mentre quelle da 5 μm sono le più efficaci, con una riduzione > 90%; pattern troppo grandi (20 μm) risultano invece meno performanti. La riduzione dell’adesione si osserva anche nel mutante di P. aeruginosa con pili modificati, che facilitano l’adesione, confermando che l’effetto è in gran parte meccanico.
In sintesi, superfici con increspature delle dimensioni dei batteri (2 – 5 μm) riducono drasticamente l’adesione e la formazione di biofilm.
Una nuova difesa contro le infezioni ospedaliere
L’innovazione di questo approccio risiede nel fatto che si basa su un’azione esclusivamente meccanica: è la topografia delle superfici a impedire l’adesione batterica, senza ricorrere ad agenti chimici o antibiotici. Questo significa anche eliminare il rischio di favorire l’antibiotico‑resistenza, uno dei problemi più critici della medicina contemporanea. Le superfici ottenute sono durature, stabili nel tempo e pienamente compatibili con i materiali già impiegati nei dispositivi medici, aprendo la strada a possibili applicazioni in cateteri, stent, protesi e valvole cardiache.
Una strategia di questo tipo potrebbe contribuire in modo significativo a ridurre l’incidenza delle infezioni che insorgono durante le procedure e le degenze ospedaliere.
Fonti
- https://www.treccani.it/magazine/lingua_italiana/domande_e_risposte/lessico/lessico_194.html
- Dean B. & Bhushan B. (2010). Shark-skin surfaces for fluid-drag reduction in turbulent flow: a review. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 368(1929), 4775-4806.
- Lauder G. V. & Di Santo, V. (2015). Swimming mechanics and energetics of elasmobranch fishes. In Fish physiology (Vol. 34, pp. 219-253). Academic Press.
- Pellegrino L., Savorana G., Cassina V., Campanile R., Centola M., Belgiovine C., Vinci V., Klinger M., Lecuyer S., D’Imprima E., Mantegazza F., Secchi E. & Rusconi R. (2026). Reduction of bacterial colonization on buckling-induced wrinkled surfaces under fluid shear. Nature Communications.
- https://scienceinschool.org/it/article/2017/design-inspiration-secrets-shark-skin-it/
