Alcuni scienziati dell’Università della Florida Centrale, guidati dal fisico esperto in fotonica Debashis Chanda, hanno presentato un'innovativa vernice priva di pigmenti che non assorbe la radiazione luminosa del Sole così da non riscaldare le superfici ed essere molto più efficiente nella dissipazione del calore. La ricerca è stata pubblicata su Science Advances e trae spunto dalle ali delle farfalle.
A differenza delle altre vernici impiegate per imbiancare le pareti esterne degli edifici che riflettono la radiazione solare in corrispondenza della lunghezza d’onda specifica del colore desiderato, questo nuovo prodotto sfrutta un effetto quantistico definito "risonanza plasmonica" che permette ai nostri occhi di riconoscere uno specifico colore ma evitando che le superfici assorbano il calore della radiazione luminosa. Un fenomeno che in natura si verifica, per l'appunto, sulla superficie delle ali delle farfalle, che si surriscalderebbero letteralmente troppo se avessero invece ali simili ad altri insetti.
In questi animali, infatti, il colore sulle ali è prodotto non tanto dai pigmenti, ma dall’interazione a livello microscopico della luce con gli angoli che si vengono a creare tra le cellule della superficie per via della loro disposizione. I vantaggi naturali di questo fenomeno fisico sono evidenti da un punto di vista strettamente energetico, affermano gli scienziati, poiché permettono di risparmiare energia (chimica per gli insetti ed elettrica nel caso dei condizionatori) per raffrescare gli ambienti e le parti del corpo esposti al sole. Ed inoltre permettono un abbassamento medio delle temperature dell'aria, scaldandosi fino a 10-15 gradi Celsius in meno rispetto alle vernici standard o agli altri pigmenti oggi maggiormente utilizzati nell'edilizia.
Le nuovi vernici proposte dal team della Florida potrebbero quindi essere utili per diverse sfide ambientali che il mondo dell'edilizia dovrà affrontare. Quello che inoltre gli ingegneri tendono a sottolineare è che tali vernici possono durare anche molto secoli e risultare per questo meno inquinanti rispetto alle vernici attuali che necessitano invece dopo pochi anni di una "ripassata". Essendo composte infatti da delle microstrutture estremamente leggere, ridotte quantità possono ricoprire grandi superfici, riducendo così anche gli sprechi. Inoltre, anche i principali mezzi di trasporto possono immagazzinare nelle loro stive e nei loro rimorchi – con molto meno costi rispetto al passato – una maggiore quantità di confezioni che possono soddisfare una richiesta maggiore di coloranti.
Per comprendere meglio l'efficienza di questa nuova tipologia di vernice, i ricercatori americani affermano che sono necessari, per esempio, solo 1,3 kg del loro nuovo prodotto per dipingere un intero Boeing 747, rispetto ai 400 kg impiegati oggi con metodi tradizionali. Considerando inoltre che a secondo delle tratte i Boieng 747 vengono riverniciati diverse volte durante il loro servizio, è facile comprendere lo spreco che si otterrebbe continuando a preferire i vecchi prodotti.
C'è solo un unico problema che finora ostacola l'entrata in commercio di queste vernici e che rende ancora oggi le ali delle farfalle una meraviglia imbattuta dell'ingegneria naturale. Produrre questa vernice costa purtroppo ancora molto. «Ci rendiamo conto che le nostre vernici, per adesso, hanno difficoltà ad entrare nel mercato – ha dichiarato Chanda, che ha commentato sui propri social la pubblicazione dell'articolo – Si spera però che il prosieguo della ricerca e la competizione con altri team di scienziati possa portare alla diminuzione dei costi di produzione».
Come sono formate però le ali che hanno permesso agli scienziati di inventare questa nuova tipologia di vernici?
L'intero gruppo dei lepidotteri – il nome scientifico con cui si definisce l'ordine che comprende farfalle e falene – al livello delle ali presenta diverse setole modificate, in grado di distorcere la luce e di emanare una sorta di luminescenza interna che affascina da sempre gli entomologi. Ogni setola è rivestita di chitina, una proteina che si trova spesso nell’esoscheletro degli insetti, e costituisce, dal punto di vista dell'immagine complessiva impressa sulle ali della farfalla, una sorta di superficie fatta da pixel. Il suo colore deriva soprattutto dai sottilissimi solchi presenti sui pigmenti, che hanno dimensioni diverse a secondo delle lunghezze d’onda di colore che deve esprimere proprio quella sezione dell'ala. Il colore di ciascuna setola è guidata ovviamente geneticamente ed è stata l'evoluzione a spingere ciascuna specie ad assumere la propria specifica colorazione.
Un esempio di come la luce induce la risonanza plasmonica sulle setole di questi insetti si può osservare nella specie di farfalla peruviana Morpho didius, presa come modello dai ricercatori. Le nanostrutture lamellari trovate sulle sue ali disperdono infatti le componenti blu della luce incidente, generando il suo caratteristico blu metallico. E basta utilizzare un piccolo microscopio per osservare come le setole presenti sulle ali, poggiate una sopra l'altro come le tegole di una casa, permettano alla luce di produrre la risonanza studiata dai ricercatori, senza sfruttare la classica riflessione della luce.
Chiaramente, le spinte evolutive che hanno portato questi insetti a disporre di queste particolari strutture non sono esclusivamente legate all'equilibrio termico e al controllo del dispendio energetico che spingono gli scienziati a preferire questo sistema. Queste colorazioni sono infatti anche il prodotto, tra le altre cose, della selezione sessuale e del mimetismo, che permettono a questi insetti di sopravvivere alle differenti sfide ambientali. Lo sfruttamento della risonanza plasmonica nelle farfalle però ci permette di notare come la natura tenda a impiegare il minor numero di risorse possibili per rispondere al maggior numero delle esigenze. Una strategia efficiente da cui l'essere umano dovrebbe trarre ispirazione e che è risultata particolarmente vincente in questi animali, visto che le farfalle sono presenti sul nostro pianeta da almeno 50 milioni di anni.
