Se il riscaldamento globale provoca inondazioni catastrofiche che inondano la maggior parte delle aree urbane costiere del mondo entro la fine del secolo, come ce la caveremo? La risposta del designer di biomimetica e scienziato dei materiali Jun Kamei del Royal College of Art è Amphibio – una sorta di gilet leggero stampato in 3D fatto di un polimero che agisce sia come una branchia artificiale che come un serbatoio di respirazione che permetterà alle persone di uscire nelle megalopoli sommerse.
Progettato in collaborazione con il RCA-IIS Tokyo Design Lab, Amphibio è la soluzione di Kamei per un futuro previsto nel 2100, quando il riscaldamento globale ha sciolto le calotte di ghiaccio e l’aumento degli oceani ha colpito il 30% della popolazione mondiale. La reazione intuitiva a un tale disastro potrebbe essere quella di trasferirsi nell’entroterra, ma Kamei crede che un’idea migliore sarebbe quella di adottare uno stile di vita semi-acquatico utilizzando qualcosa come la branchia artificiale Amphibio.
Ancora in fase di concept, Amphibio è una branchia artificiale biomimetica che si basa su ragni e insetti subacquei che hanno una superficie di pelle superidrofobica che permette loro di raccogliere una bolla d’aria intorno ai loro corpi. Queste bolle agiscono come branchie che lasciano entrare l’ossigeno disciolto nell’acqua circostante e rilasciano anidride carbonica.
Amphibio usa lo stesso principio con uno speciale e non specificato materiale idrofobo poroso adatto alla stampa 3D per creare una sorta di gilet smerlato fatto di una serie di vesciche d’aria che alimentano una maschera che copre il naso e la bocca. Kamei descrive Amphibio come il punto intermedio tra l’immersione libera e l’immersione subacquea che permette ai subacquei di rimanere sott’acqua più a lungo utilizzando un’attrezzatura più leggera.
Finora, Kamei ha condotto test di laboratorio con una vescica di prova riempita di anidride carbonica e sospesa in un serbatoio per dimostrare la sua capacità di assorbire ossigeno. Ammette che il progetto ha ancora molta strada da fare, citando il fatto che la superficie è troppo piccola e deve essere di almeno 32 m² per raccogliere abbastanza ossigeno per una persona.
Anche se Kamei riconosce il lato ingegneristico di Amphibio, la tecnologia è molto lontana dall’essere fattibile, molto meno pratica. L’idea di una branchia artificiale è stata mainstream da quando il pioniere subacqueo capitano Jacques Cousteau dichiarò nel 1962 che il futuro dell’esplorazione del mare era la creazione di “pesci uomini” che respirano acqua. Il problema è che c’è un divario molto grande tra l’idea e la realtà.
Dai primi esperimenti fatti utilizzando membrane di plastica semipermeabili per estrarre l’ossigeno dall’acqua, gli ostacoli per rendere l’idea pratica si sono accumulati rapidamente. All’inizio, la tecnologia sembrava vincente quando i ricercatori mettevano i criceti in scatole di membrane immerse in vasche per pesci, ma fare qualcosa che faccia quello che fa una branchia di pesce è molto più difficile.
Se guardate una lista di vita marina, noterete che nessuno dei mammiferi marini ha le branchie. Ci sono diverse ragioni per questo, ma una delle più grandi è che i mammiferi hanno un metabolismo molto elevato che richiede molto ossigeno per essere sostenuto. Se prendete un litro d’aria, conterrà 200 ml di ossigeno. Ma se c’è dell’acqua, si tratta solo di 5-10 ml di ossigeno per litro. Questo va bene per i pesci a sangue freddo, ma una branchia artificiale indossata da una persona deve elaborare da 10 a 20 volte più acqua in volume dell’aria, o 100 litri al minuto al 100% di efficienza per mantenere vivo il subacqueo.
Questo significa che sono necessarie diverse cose. Per prima cosa, significa una superficie molto grande, paragonabile ai 50-75 m² dei polmoni umani, e significa anche un grande flusso d’acqua. Ecco perché i primi progetti di branchie artificiali erano caratterizzati da membrane pesantemente corrugate infilate in grandi zaini con batterie, serbatoi d’aria di rabbocco e giranti enormi per spingere l’acqua attraverso il dispositivo.
Non è qui che finiscono i problemi. Se l’ossigeno e l’anidride carbonica possono passare attraverso un materiale branchiale artificiale, lo stesso vale per i gas neutri. Mentre la branchia può prendere l’ossigeno dall’acqua, non può prendere l’azoto, quindi l’azoto nei polmoni del subacqueo, che costituisce il 78%, si disperderà rapidamente e i tubi collasseranno e la maschera di respirazione si riempirà d’acqua. Questo sarebbe ancora peggio con Amphibio perché lo strato d’aria intrappolato dalla superficie idrofoba si ridurrebbe e presto scomparirebbe man mano che l’azoto si diffonde nell’acqua circostante.
Lo stesso vale per la pressione. Le branchie artificiali funzionano meglio in acque molto basse. Se il sub scende più di qualche metro, la pressione dell’acqua farà collassare i tubi e le vesciche e la maschera si allagherà. Lo scuba non ha questo problema perché è progettato per compensare automaticamente utilizzando un regolatore, che fornisce aria a pressione ambiente per una data profondità.
Nessuno di questi elementi invalida l’idea di Amphibio, ma ha bisogno di molto più lavoro a livello di base per renderlo pratico. Se mai raggiungerà il mercato, potrebbe essere bello immergersi in qualche cattedrale allagata. Anche se per l’occasione raccomandiamo una maschera, pinne, cintura di peso e pinne invece di un abito diafano.
Il video qui sotto mostra la prova in vasca di una vescica Amphibio.