L’imaging 3D mostra come funzionano le budella di squalo come una valvola Tesla

Nel 1920, di origine serba l’inventore Nikola Tesla progettò e brevettò quello che chiamò un “condotto valvolare”: un tubo il cui design interno assicura che il fluido scorra in una direzione preferita, senza la necessità di parti in movimento, il che lo rende ideale per applicazioni di microfluidica, tra gli altri usi. Secondo un articolo recente pubblicato in Atti della Royal Society B, la valvola di Tesla fornisce anche un utile modello di come il cibo si muove attraverso l’apparato digerente di molte specie di squali. Sulla base di nuove scansioni TC degli intestini di squalo, gli scienziati hanno concluso che gli intestini sono presenti in natura Valvole Tesla.

“È giunto il momento che venga utilizzata una tecnologia moderna per guardare questi incredibili intestini a spirale di squali”, ha detto la coautrice Samantha Leigh della California State University, Dominguez Hills. “Abbiamo sviluppato un nuovo metodo per scansionare digitalmente questi tessuti e ora possiamo osservare i tessuti molli in modo così dettagliato senza doverli tagliare”.

La chiave dell’ingegnoso design della valvola di Tesla è un insieme di anelli interconnessi, asimmetrici e a forma di lacrima. Nel la sua domanda di brevetto, Tesla descrisse questa serie di 11 segmenti di controllo del flusso come fatti di “allargamenti, recessioni, proiezioni, deflettori o secchi che, pur non offrendo praticamente alcuna resistenza al passaggio del fluido in una direzione, a parte l’attrito superficiale, costituiscono quasi un barriera invalicabile al suo flusso nella direzione opposta.” E poiché raggiunge questo obiettivo senza parti in movimento, una valvola Tesla è molto più resistente all’usura del funzionamento frequente.

Tesla ha affermato che l’acqua scorrerebbe attraverso la sua valvola 200 volte più lentamente in una direzione rispetto all’altra, il che potrebbe essere stato un’esagerazione. Un team di scienziati della New York University costruito una valvola Tesla funzionante nel 2021, in conformità con il progetto dell’inventore, e testato tale affermazione misurando il flusso d’acqua attraverso la valvola in entrambe le direzioni a varie pressioni. Gli scienziati hanno scoperto che l’acqua scorreva solo circa due volte più lentamente nella direzione non preferita.

Tuttavia, la portata si è rivelato un fattore critico. La valvola offriva pochissima resistenza a basse portate, ma una volta che tale velocità fosse aumentata al di sopra di una certa soglia, anche la resistenza della valvola sarebbe aumentata, generando flussi turbolenti nella direzione inversa, “tappando” così il tubo con vortici e correnti dirompenti. Quindi in realtà funziona più come un interruttore, secondo il coautore Leif Ristroph, e può anche aiutare a smussare i flussi pulsanti, in modo simile a come i convertitori AC/DC trasformano le correnti alternate in correnti continue. In effetti, Ristroph ha suggerito che questo potrebbe essere stato l’intento di Tesla nel progettare la valvola, dato che la sua più grande pretesa di fama è inventare sia il motore CA che un convertitore CA/CC.

E ora la valvola di Tesla sta fornendo informazioni sull’insolita struttura dell’intestino degli squali, grazie a un team di ricercatori provenienti da tre università: CSU, Dominguez Hills; l’Università di Washington; e UC Irvine.

Gli squali sono predatori all’apice, si nutrono di un’ampia gamma di specie e sono quindi importanti per il controllo della biodiversità nell’ecosistema più ampio. La maggior parte degli squali ha un intestino a spirale costituito da un numero variabile di pieghe nel tessuto intestinale, tipicamente in una delle quattro configurazioni di base: colonnare, a spirale, un imbuto che punta verso la parte posteriore o un imbuto che punta verso la parte anteriore. Questi quattro tipi di intestino sono solitamente rappresentati in schizzi 2D che vengono distesi in due dimensioni dopo una dissezione o rappresentati come sezioni bidimensionali attraverso la struttura tridimensionale. Ma questo non fornisce agli scienziati molte informazioni su come funziona la struttura in situ.

L’anno scorso, i ricercatori giapponesi micrografie ricostruite di sezioni istologiche da una specie di squalo gatto a un modello tridimensionale, offrendo “uno sguardo allettante sull’anatomia di un intestino a spirale di tipo a spirale”, secondo gli autori di questo ultimo articolo. Il coautore Adam Summers, del Friday Harbor Labs dell’Università di Washington, e i suoi colleghi hanno deciso che la scansione TC potrebbe ottenere qualcosa di simile, poiché la tecnica prevede l’acquisizione di una serie di immagini a raggi X da diverse angolazioni e la loro combinazione in immagini 3D.

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