Siamo abituati a pensarli in negativo, portatori di
malattie e cause di infezioni.
Stiamo parlando dei batteri, microrganismi dell'ordine
del millesimo di millimetro.
Sono onnipresenti, nel nostro corpo e in tutto l'ambiente
che ci circonda; sono le forme viventi più diffuse
sulla Terra, tanto che in un solo cucchiaio di terreno
se ne possono trovare fino a 10.000 miliardi.
In realtà molti di essi sono particolarmente
utili all'uomo; pensiamo, ad esempio, ai batteri che
consentono la produzione dello yogurt o a quelli che
costituiscono la flora intestinale.
Adesso è dimostrato che si può sfruttare
il loro movimento, quello dei batteri, per produrre
energia… Detto in tre parole: motore a batteri!
Ne parliamo con Luca Angelani, il ricercatore
del laboratorio SMC
(Statistical Mechanics and Complexity) dell'INFM-
CNR di Roma che insieme a Roberto di Leonardo
e Giancarlo Ruocco, del laboratorio SOFT di INFM-CNR,
ha messo a punto il meccanismo.
La ricerca
Ricercatori INFM-CNR hanno scoperto come sfruttare in
modo semplice il moto dei batteri per produrre energia.
Potrebbero rivelarsi preziosissimi in applicazioni ad
alta miniaturizzazione, come gli impianti micromedicali,
azionando motori di dimensioni ridottissime. La ricerca
pubblicata sulle Physical
Review Letters (Vol.102, No.4, 30 january 2009).
Trovare un modo per mettere al lavoro i batteri, come
fossero animali da soma microscopici per sfruttare l'energia
del loro movimento. E farlo nel modo più semplice
possibile, in modo da renderne fattibile l'uso in apparati
ad alta miniaturizzazione. È questa la direzione
indicata dal risultato del lavoro dei ricercatori di
INFM-CNR, che simulando sistemi di batteri in soluzione
hanno individuato un modo per creare “motori batterici”
dal funzionamento prevedibile, costante, ed in grado
di avviarsi senza intervento umano.
Curiosità scientifica: fino a pochissimo tempo
fa, i motori batterici sono diventati un campo di intensa
ricerca da quando nel 2006 se ne è dimostrata
la fattibilità in Giappone. Si spera di poterne
sfruttare le potenzialità in un futuro prossimo,
per alimentare tutta una serie di apparecchi microscopici,
come impianti micromedicali o nanodispositivi ancora
tutti da inventare, per i quali i motori batterici potrebbero
fornire una fonte di energia economica e di dimensioni
ridottissime.
Un motore batterico è composto, oltre che di
microrganismi, di due altri ingredienti: la soluzione
in cui sono immersi, e particolari microingranaggi che
i batteri possono mettere in movimento. È proprio
da questi ingranaggi (come dall'albero di un motore
automobilistico) che si progetta di estrarre energia.
E le difficoltà per farlo nel modo più
semplice possibile sono state superate da Luca Angelani,
del laboratorio SMC di INFM-CNR, e Roberto di Leonardo
e Giancarlo Ruocco, del laboratorio SOFT di INFM-CNR.
Se nel 2006 si sono utilizzati batteri geneticamente
modificati e microingranaggi con leganti biochimici,
con costi altissimi e rese bassissime, oggi grazie al
loro lavoro si inverte il risultato: costi azzerati,
e rendimento moltiplicato.
La soluzione consiste nell'utilizzo di microingranaggi
di una particolare forma asimmetrica (vedi immagine
in alto), con denti di lunghezze differenti e orientati
nella medesima direzione, simili a stelle lievemente
sbilenche. È sufficiente immergere questi ingranaggi
in una soluzione di batteri, perché questi ultimi
col loro movimento spontaneamente li facciano girare
a velocità costante (nella simulazione, batteri
di escherichia coli imprimevano ai microingranaggi una
velocità costante di due giri al minuto). La
somma di batteri e ingranaggi asimmetrici è l'unica
vincente: particelle inanimate soggette al moto casuale
non causano il movimento, e lo stesso accade per batteri
al “lavoro” su ingranaggi simmetrici.
I ricercatori hanno identificato il modo più
semplice per “costringere” i batteri a compiere
lavoro utile da cui estrarre energia. Alcune applicazioni
resteranno certo fantasia (i calcoli, ad esempio, suggeriscono
che con i batteri presenti in un metro cubo di soluzione
si può generare potenza sufficiente per accendere
una normale lampadina), ma moltissime altre possono
venire immaginate: che siano apparecchiature mediche,
di misurazione, controllo o altro, la strada è
aperta perché i batteri possano alimentare i
microdispositivi del futuro.
