Insetti e macchine: analogie funzionali tra sistemi biologici e sistemi ingegneristici non progettati per l’ideale

🫩🫩🫩🫩 Introduzione Nel dibattito contemporaneo sull’ispirazione biologica applicata all’ingegneria, il rapporto tra insetti e macchine viene spesso ridotto a un esercizio metaforico o estetico: ali che “ricordano” quelle di una libellula, esoscheletri che “imitano” la chitina, algoritmi che “copiano” il comportamento collettivo. Questa impostazione, pur suggestiva, risulta concettualmente debole perché…

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Introduzione

Nel dibattito contemporaneo sull’ispirazione biologica applicata all’ingegneria, il rapporto tra insetti e macchine viene spesso ridotto a un esercizio metaforico o estetico: ali che “ricordano” quelle di una libellula, esoscheletri che “imitano” la chitina, algoritmi che “copiano” il comportamento collettivo. Questa impostazione, pur suggestiva, risulta concettualmente debole perché confonde la somiglianza formale con l’equivalenza funzionale.

Il presente lavoro si propone di superare tale approccio, sostenendo che tra insetti e macchine non esiste una relazione metaforica, bensì una convergenza funzionale determinata dall’obbedienza comune alle stesse leggi fisiche. Insetti e macchine affrontano infatti problemi identici – stabilità, locomozione, controllo, dissipazione dell’energia, risposta alle perturbazioni – ma lo fanno attraverso strategie radicalmente diverse, determinate dalla scala, dai materiali e soprattutto dalla presenza o assenza di un progetto intenzionale.

1. Il problema fisico come origine del sistema

Ogni sistema, biologico o artificiale, nasce come risposta a un problema fisico. Nel caso delle macchine, il problema è esplicitato a monte: trasportare, sollevare, volare, stabilizzarsi. Nel caso degli insetti, il problema non viene formulato, ma emerge implicitamente come condizione di sopravvivenza. L’insetto non “deve” volare in senso ingegneristico, ma deve muoversi nello spazio in modo sufficientemente efficace da nutrirsi, riprodursi ed evitare la predazione.

Questa differenza è cruciale: la macchina è progettata per operare attorno a condizioni nominali, mentre l’insetto è selezionato per funzionare anche lontano da qualsiasi condizione ideale. Non esiste per l’insetto un regime ottimale astratto; esiste solo una soglia minima di funzionalità oltre la quale la selezione naturale consente la continuità della linea evolutiva.

2. Stabilità: definizione ingegneristica e realtà biologica

In ingegneria dei sistemi dinamici, la stabilità viene formalizzata attraverso concetti ben definiti, quali la stabilità statica e la stabilità dinamica. Un sistema stabile è in grado di tornare a uno stato di equilibrio dopo una perturbazione esterna, in accordo con le leggi della dinamica.

Negli insetti, questa distinzione risulta inadeguata. Il loro stato “di equilibrio” non è mai statico, né realmente stabile nel senso ingegneristico del termine. Il volo di una libellula, il salto di una cavalletta o la corsa di un coleottero avvengono costantemente in condizioni di instabilità controllata. L’insetto non ritorna a un punto di equilibrio, ma attraversa una successione continua di stati transitori.

Questo implica che la stabilità biologica non è una proprietà del sistema, ma una proprietà del comportamento del sistema nel tempo. L’insetto non elimina l’instabilità: la integra come parte della sua modalità operativa.

3. Controllo e integrazione strutturale

Nelle macchine moderne il controllo è tipicamente separato dalla struttura. Sensori, attuatori, centraline di controllo e strutture portanti costituiscono sottosistemi distinti, coordinati da un’architettura gerarchica. Questo approccio consente precisione e ripetibilità, ma introduce rigidità e vulnerabilità al guasto.

Negli insetti, tale separazione non esiste. Il sistema nervoso, la muscolatura, il tegumento e le strutture articolari operano come un unico sistema integrato. Il corpo stesso partecipa al controllo, fungendo da filtro meccanico, da elemento elastico e da sistema di smorzamento delle perturbazioni.

In questo senso, l’insetto non “controlla” il movimento come farebbe una macchina, ma si lascia controllare dalla propria struttura, sfruttando le proprietà fisiche dei tessuti per ridurre la complessità del controllo neurale.

4. Efficienza contro resilienza

L’ingegneria tende a massimizzare l’efficienza: riduzione dei consumi, ottimizzazione delle prestazioni, minimizzazione delle perdite. Tuttavia, un sistema estremamente efficiente è spesso fragile, perché opera vicino ai limiti delle proprie tolleranze.

Gli insetti rappresentano l’opposto concettuale. La loro locomozione non è sempre efficiente in senso energetico, ma è altamente resiliente. Un’ala può deformarsi, un arto può perdere parzialmente funzionalità, il terreno può essere irregolare: il sistema continua comunque a funzionare.

Questa resilienza deriva dal fatto che il sistema biologico non è ottimizzato per una singola condizione, ma per un insieme vastissimo di condizioni subottimali. In tal senso, l’insetto sacrifica l’efficienza teorica per guadagnare robustezza reale.

5. Il fallimento come parte del sistema

In una macchina, il fallimento rappresenta un evento eccezionale che interrompe la funzione. Nei sistemi biologici, il fallimento è invece incorporato nel processo evolutivo. Un insetto può sbagliare un atterraggio, perdere una traiettoria, urtare un ostacolo: questi eventi non sono anomalie, ma parte integrante della vita quotidiana del sistema.

Solo il fallimento totale – la morte – viene “punito” dalla selezione naturale. Tutti i fallimenti intermedi sono tollerati, compensati o addirittura sfruttati per adattare il comportamento futuro. Questo rende l’insetto un sistema intrinsecamente antifragile, capace di migliorare la propria efficacia proprio attraverso l’esposizione all’errore.

6. Struttura portante e funzione dinamica

Il tegumento degli insetti, spesso considerato semplicemente come protezione o scheletro esterno, svolge in realtà un ruolo dinamico fondamentale. Esso partecipa alla trasmissione delle forze, all’accumulo e al rilascio di energia elastica e alla distribuzione degli stress meccanici.

A differenza delle strutture rigide delle macchine tradizionali, il corpo dell’insetto è progettato – per selezione – per deformarsi senza collassare, dissipando energia e riducendo il carico sugli altri componenti del sistema. In questo senso, la struttura non è un vincolo, ma una risorsa funzionale.

7. Limiti dell’imitazione biomimetica

Molti tentativi di applicare principi biologici all’ingegneria falliscono perché si concentrano sulla forma anziché sulla funzione. Copiare l’aspetto di un’ala di insetto senza comprendere il contesto dinamico in cui opera equivale a replicare una soluzione senza il problema che l’ha generata.

Il valore degli insetti per l’ingegneria non risiede nella loro morfologia, ma nel loro modo di accettare l’imperfezione come condizione operativa permanente. Questo aspetto rimane largamente sottovalutato nei progetti tecnologici contemporanei.

Conclusione

Insetti e macchine non sono simili perché “si assomigliano”, ma perché sono sottoposti alle stesse leggi fisiche. La differenza fondamentale risiede nel fatto che le macchine cercano di eliminare l’instabilità, mentre gli insetti hanno evoluto sistemi che prosperano al suo interno.

Comprendere questa distinzione non significa imitare la natura, ma riconoscere che la robustezza, la tolleranza all’errore e l’adattabilità non sono compromessi, bensì strategie progettuali alternative. In un mondo reale, complesso e imprevedibile, il modello biologico offre una lezione che l’ingegneria moderna non può più permettersi di ignorare.