Pelle di squalo aumenta spinta propulsiva

E' noto da tempo che la pelle di squalo contribuisce sensibilmente alle dinamiche di movimento di questi pesci: milioni di piccoli dentelli di fibre collagene ricoprono interamente il corpo degli squali, e la loro funzione sembra essere quella di ridurre l'attrito dell'acqua, consentendo a questi predatori marini di risparmiare energie preziose.
Questa particolare caratteristica di riduzione della resistenza dell'acqua è ciò che ha fatto nascere una serie di tessuti sintetici particolarmente elaborati e capaci, secondo i produttori, di ridurre l'attrito di un nuotatore seguendo gli stessi principi idrodinamici della pelle di squalo.
La pelle di squalo, tuttavia, è molto più complessa di quanto si pensasse fino a poco tempo fa: oltre a ridurre l'attrito, pare sia anche in grado di generare una spinta aggiuntiva a quella delle pinne. La cosa si fa ancora più interessante quando si scopre che i costumi di ultima generazione basati sulla struttura della pelle di squalo, come Fastkin II della Speedo, sembrano non fornire alcun vantaggio propulsivo all'atleta che li indossa, e non contribuirebbero affatto alla riduzione dell'attrito.
George Lauder, professore di ittiologia della Henry Bryant Bigelow, ha messo alla prova le prestazioni della pelle di squalo e dei costumi che la imitano, scoprendo che la variante sintetica della stessa superficie idrodinamica non ha effetti nel ridurre l'attrito dei nuotatori.
"In effetti, non è affatto simile alla pelle di squalo" dice Lauder. "Quello che abbiamo dimostrato è che le stesse proprietà di questa superficie, nonostante i produttori abbiano dichiarato fosse biomimetica, non forniscono alcun aiuto nella propulsione".
Per eseguire i test, Lauder e i suoi colleghi hanno prelevato la pelle di due differenti specie di squalo, e l'hanno confrontata con due materiali sintetici utilizzati per la realizzazione di costumi ad alte prestazioni: il primo di questi prodotti sintetici era il tessuto della Speedo, il secondo era invece un materiale dotato di piccole scanalature, idea presa in prestito dagli scafi di alcuni prototipi di aerei e barche a basso consumo di carburante.
Il principio di funzionamento del costume Fastkin II della Speedo si basa sulla particolare struttura della pelle di squalo, ma non la imita alla perfezione. Si tratta di un'evoluzione di quella che viene definita "Sharkskin", un tessuto di rayon o acetato particolarmente idrorepellente e utilizzato per la realizzazione di tute per sport acquatici.
La stessa configurazione della superficie (piccoli dentelli disposti in modo più o meno regolare) si è rivelata utile anche a diminuire l'attrito dell'aria sulle ali degli aeroplani, riducendo il consumo di carburante di qualche punto percentuale; ma nonostante tutti i progressi tecnologici e scientifici degli ultimi anni, siamo ancora molto lontani dalla replica perfetta della pelle di squalo naturale, per non parlare delle sue prestazioni in acqua.

Ognuno dei materiali utilizzati nella ricerca è stato applicato sia su una struttura rigida a forma d'ala, sia su una membrana flessibile in grado di simulare la superficie corporea di uno squalo, ed è stato immerso all'interno di una vasca per misurarne le prestazioni tramite un laser capace di illuminare milioni di particelle sintetiche in sospensione nell'acqua, e una telecamera che riprendeva l'esperimento ad velocità di 1.000 frames al secondo.
Dall'analisi dei dati è emerso che la pelle di squalo è in grado di fornire un aumento della spinta propulsiva, oltre che una riduzione dell'attrito con l'acqua, soltanto se applicata ad una superficie flessibile. I tessuti sintetici, inoltre, non hanno mostrato alcun punto in comune, dal punto di vista idrodinamico, con la pelle naturale.
I dati raccolti durante questa ricerca sembrano apparentemente contraddire qualunque risultato ottenuto in piscina da nuotatori dotati di costumi biomimetici, ma la spiegazione di Lauder è che nei successi degli atleti che indossano costumi ispirati alla pelle di squalo siano intervenuti altri effetti causati dal costume, effetti finora poco studiati.
"C'è ogni tipo di effetto non dovuto alla superficie. I nuotatori che indossano questi costumi sono costretti in queste tute estremamente aderenti, per cui hanno un profilo affusolato. Queste tute sono così aderenti che possono cambiare la circolazione sanguigna, aumentare l'afflusso del sangue venoso, e sono progettate per mantenere una postura corretta in modo più semplice, anche quando si è stanchi. Sono convinto che funzionino, ma non per via della loro superficie".
La pelle di squalo, invece, sperimenta un drammatico aumento della forza propulsiva grazie a milioni di piccoli dentelli semi-flessibil, che creano microscopici vortici a bassa pressione, capaci di facilitare la spinta in avanti del pesce. Sperimentando un attrito ridotto e una spinta propulsiva maggiorata dovuta alla stessa struttura della sua pelle, lo squalo consuma meno energia a parità di peso di quanto farebbe qualunque altro pesce, e ogni suo colpo di coda genera più spinta a parità di massa muscolare.
"Abbiamo scoperto che quando questi dentelli si muovono, c'è una separazione del flusso d'acqua: i dentelli creano una zona di bassa pressione man mano che l'acqua di muove sulla pelle. La zona di bassa pressione è in grado di spingere il corpo dello squalo in avanti. La mia ipotesi è che siano queste strutture a ridurre l'attrito della pelle di squalo, e credo anche che aumentino la forza propulsiva".
I vortici di bassa pressione che si formano tra i dentelli appaiono soltanto quando la pelle viene applicata su una membrana flessibile, e non si manifestano su strutture rigide. "Nella vita reale, gli squali sono molto flessibili. Anche gli squali martello e i grandi squali oceanici sono abbastanza flessibili" spiega Lauder.
"Se si osserva uno squalo mentre nuota, la testa non si muove molto, ed è possibile che i dentelli sulla testa servano principalmente a ridurre l'attrito, ma quelli sulla coda aumentano la spinta propulsiva, anche se non sappiamo come questi due effetti possano bilanciarsi. Per concludere, uno dei messaggi di questa ricerca è che la pelle di squalo deve essere studiata in movimento, cosa mai fatta prima d'ora".
Amazing skin gives sharks a push