Le funzioni della proboscide di un elefante

Un elefante dilata le sue narici per creare più spazio nella proboscide, consentendogli di conservare fino a nove litri di acqua. Può anche succhiare tre litri di acqua al secondo.

Nuove ricerche del Georgia Institute of Technology trovano che gli elefanti dilatano le loro narici per creare più spazio nella proboscide, consentendo loro di conservare fino a nove litri di acqua. Possono anche succhiare tre litri di acqua al secondo - una velocità 30 volte più veloce di uno starnuto umano (150 metri al secondo / 330 mph).

Il Georgia Tech College of Engineering Study ha cercato di capire meglio la fisica di come gli elefanti usano le loro proboscidi per spostare e manipolare aria, acqua, cibo e altri oggetti. Hanno anche cercato di imparare se i meccanismi potrebbero ispirare la creazione di robot più efficienti che usano il movimento dell'aria per tenere e spostare le cose.

Mentre il polipo usa getti d'acqua per muoversi e il pesce arciere spara acqua sopra la superficie per catturare gli insetti, i ricercatori della Georgia Tech hanno scoperto che gli elefanti sono gli unici animali in grado di usare l'aspirazione sulla terra e subacquea. La ricerca è stata pubblicata sul Journal of the Royal Society Interface. (1)

«Un elefante mangia circa 400 sterline di cibo al giorno, ma molto poco si sa di come usano le loro proboscidi per raccogliere cibo leggero e acqua per 18 ore, ogni giorno», ha detto Andrew Schulz, (2) (Tech Mechanical Engineering Ph.D.) che ha guidato lo studio. «Risulta che le loro proboscidi agiscono come valigie, capaci di espandersi quando necessario».

Schulz e il Team della Georgia Tech hanno lavorato con i veterinari allo zoo Atlanta, studiando gli elefanti mentre mangiavano vari cibi. Per grandi cubetti di Rutabaga, ad esempio, l'animale ha afferrato e li ha raccolti. Ha risucchiato cubetti più piccoli facendo un forte suono di aspirazione prima di trasferire le verdure alla bocca.

Per saperne di più sull'aspirazione, i ricercatori hanno dato agli elefanti un chip di tortilla con lo acopo di misurare la forza applicata. A volte l'animale premeva sul chip e respirava, sospendendo il chip sulla punta del tronco senza rompersi. Altre volte L'elefante applicava l'aspirazione da una distanza, disegnando il chip al bordo del suo tronco.

«Un elefante usa il suo tronco come un coltello dell'esercito svizzero», ha detto il dottor David Hu, (3) consigliere di Schulz e professore nel Georgia Tech's George W. Woodruff School of Mechanical Engineering. «Può rilevare i profumi e afferrare le cose. Altre volte soffia oggetti come un soffiatore di foglia o annusarli».

Guardando gli elefanti inalare il liquido da un acquario, il team ha potuto effettuare le misurazioni delle tempistiche e dei volumi accertando questi dati: in soli 1,5 secondi, la broboscide ha risucchiato 3,7 litri.

Una sonda ad ultrasuoni è stata utilizzata con lo scopo di misurare la struttura della proboscide, in particolare il funzionamento dei suoi muscoli interni. Contrattenendo tali muscoli, l'animale dilata le sue narici fino al 30 percento. Ciò diminuisce lo spessore delle pareti e espande il volume nasale del 64%.

«All'inizio non ha avuto senso: il passaggio nasale di un elefante è relativamente piccolo e ha inalato più acqua di quanto dovrebbe», ha detto il dottor Schulz. «Verificando le immagini ultrasonografiche abbiamo visto che le narici si espandono. L'aria rende le pareti aperte, e l'animale può conservare molto più acqua di quanto abbiamo inizialmente stimato».

Sulla base delle pressioni applicate, il dottor Schulz e il team suggeriscono che gli elefanti inspirano a velocità che sono paragonabili ai treni proiettili da 300 mph del Giappone.

Egli ha detto che queste caratteristiche uniche hanno applicazioni in morbidi sforzi di robotica e conservazione.

«Indagando la meccanica e la fisica dietro i movimenti muscolari della proboscide, possiamo applicare i meccanismi fisici - combinazioni di aspirazione e afferratura - per trovare nuovi modi per costruire robot», ha detto Schulz. «Nel frattempo, l'elefante africano è ora elencato come in via di estinzione a causa del bracconaggio e della perdita di habitat. La sua proboscide lo rende una specie unica da studiare. Imparando di più su di loro, possiamo imparare come conservare meglio gli elefanti in natura».

Il lavoro è stato sostenuto dal laboratorio di ricerca dell'esercito statunitense e dal laboratorio dell'esercito degli Stati Uniti e dalla ricerca dell'esercito degli Stati Uniti O CE 294 di divisione delle scienze meccaniche, del programma di dinamica e dei sistemi complessi, sotto il numero di contratto 295 W911NF-12-R-0011. Qualsiasi opinione, risultati e conclusioni o raccomandazioni espresse in questo materiale sono quelle degli autori e non riflettono necessariamente la visione dell'Agenzia sponsorizzata.

Il Georgia Institute of Technology, o Georgia Tech, è uno di 10 migliori impianti di ricerca pubblica che sviluppano i leader che avanzano la tecnologia e migliorano la condizione umana. L'Istituto offre affari, calcolo, design, ingegneria, arte liberale e scienze. I suoi quasi 40.000 studenti che rappresentano 50 stati e 149 paesi, studiano presso il Main Campus di Atlanta, nei Campus in Francia e Cina, e a distanza mediante l'apprendimento online. Come università tecnologica leader, la Georgia Tech è un motore di sviluppo economico per la Georgia, il sud-est e la nazione, investendo annulmente più di 1 miliardo di dollari in ricerca per il governo, l'industria e la società.

Riferimenti:

(1) Suction feeding by elephants

(2) An Elephant Researcher Never Forgets

(3) David Hu

Descrizione foto: Andrew Schulz ha portato lo studio come ingegneria meccanica al Georgia Tech Ph.D. - Credit: Andrew Schultz, Georgia Tech.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: How an Elephant’s Trunk Manipulates Air to Eat and Drink