I misteri del volo degli insetti svelati grazie a una farfalla artificiale. Costruita con un corpo di balsa e con le ali azionate da una manovella collegata con un cavo ad alcuni elastici, è in grado di mostrare, a una velocità più bassa di quella reale, il segreto di come gli insetti si librano nell’aria. Una realtà così complessa che gli scienziati non sono mai riusciti a comprenderla fino in fondo. E proprio per risolverne l’enigma, il professor Hiroto Tanaka dell’Università americana di Harvard, coadiuvato da Isao Shimoyama dell’Università di Tokyo, hanno deciso di realizzare una simulazione in laboratorio.
Come spiega infatti Tanaka, intervistato dal Sussidiario, «non potevamo chiedere a un insetto “per piacere sbatti costantemente le tue ali a 10 Hertz e non cambiare direzione anche se ti stai per schiantare”». E quindi l’unica soluzione per studiarne i movimenti è stato costruire un modellino di farfalla artificiale, denominata «a coda di rondine» per la conformazione speciale delle ali. Scoprendo così i segreti sorprendenti dell’universo degli insetti.
Quali sono i misteri più inspiegabili del volo degli insetti?
Ci sono due grandi difficoltà nel comprendere il volo degli insetti, se confrontato con quello degli aeroplani. In primo luogo, lo sbattere delle loro ali e il flusso d’aria che le circonda non è costante, a differenza di quello degli aerei dalle ali fisse. In secondo luogo le dimensioni delle ali sono ridotte, mentre incide in modo significativo l’effetto viscoso esercitato sui fluidi. Molti ricercatori stanno lavorando su questi aspetti aerodinamici instabili su piccola scala.
Perché avete scelto proprio una farfalla «a coda di rondine» per il vostro esperimento?
Quello che ci interessa è la forma unica delle farfalle «a coda di rondine». Oltre al loro volo ondulatorio, le larghe ali, il movimento a bassa frequenza. Noi volevamo rivelare i significati di queste forme nei loro meccanismi di volo. Oltre alle difficoltà descritte prima, dobbiamo considerare il movimento del largo corpo delle farfalle in relazione allo sbattere delle ali. L’angolo e la velocità del flusso d’aria in entrata sulle ali sono cioè influenzati non solo dalla cinematica (la descrizione fisica del moto, Ndr), ma anche dal movimento del corpo.
Ma per le vostre osservazioni non potevate basarvi su una farfalla vera?
Con le farfalle vere è difficile distinguere un movimento passivo, causato dal costante sbattere delle ali, da un movimento intenzionale attivo. Non possiamo chiedere a un insetto, per esempio, «per piacere sbatti costantemente le tue ali a 10 Hertz. Non cambiare il movimento dell’ala anche se ti stai per schiantare». Noi volevamo osservare il movimento passivo causato dallo sbattere costante delle ali, al fine di vedere il meccanismo fondamentale del volo. Utilizzando inoltre una farfalla artificiale possiamo cambiare i parametri di progettazione per osservarne gli effetti. Per esempio nella nostra ricerca abbiamo comparato due tipi di venature delle ali.
Ma la farfalla artificiale vola proprio come una farfalla vera?
Esistono alcune differenze. Come dimostrato nella nostra ricerca, abbiamo osservato una maggiore oscillazione longitudinale del corpo in una farfalla reale che in una artificiale. Inoltre le farfalle reali possono cambiare attivamente il loro volo, per esempio decollare, virare, risalire e accelerare, modificando la cinematica delle ali. La farfalla artificiale invece si limita a sbattere le ali in modo costante. Il nostro semplice modello può dimostrare la caratteristica fondamentale del volo della farfalla, ma il volo reale è molto più complicato. Ed è l’esatto motivo per cui abbiamo avuto bisogno di un modello di volo il più semplice possibile.
Che cosa succede a una farfalla mentre è in volo?
L’ampia area delle loro ali genera potenti forze aerodinamiche, muovendo il corpo. Il loro sbattere di ali a bassa frequenza consente a questi insetti di viaggiare per abbastanza tempo su lunghe distanze prima che lo sbattere di ali inverta direzione.
I suoi esperimenti sono in grado di gettare luce sui misteri del volo del calabrone?
No. L’ampiezza e la frequenza del battito delle ali nelle farfalle «a coda di rondine» sono molto differenti da quelle del calabrone.
Quali sono le principali differenze tra il volo degli insetti e quello degli uccelli?
In primo luogo, il peso è molto differente. Inoltre, gli uccelli hanno i muscoli all’interno dell’ala, di cui possono cambiare attivamente la forma. Gli insetti invece hanno i muscoli solo alla base dell’ala, ma non al suo interno. Quindi le ali di un insetto si deformano passivamente. Nel volo di un insetto inoltre le venature giocano un ruolo importante come strutture dell’ala.
(Pietro Vernizzi)
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