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I funghi sono considerati una fonte promettente di materiali biodegradabili. I ricercatori dell'Empa hanno sviluppato un nuovo materiale basato su un micelio fungino e sulla sua matrice extracellulare. Ciò conferisce al biomateriale proprietà particolarmente favorevoli.
I materiali biodegradabili prodotti in modo sostenibile sono un obiettivo importante della moderna ricerca sui materiali. Tuttavia, la lavorazione di materiali naturali come la cellulosa, la lignina o la chitina pone i ricercatori di fronte a un compromesso. Nella loro forma pura, i materiali naturali sono biodegradabili, ma spesso non hanno prestazioni sufficienti. Per renderli più forti, più resistenti o più malleabili si può ricorrere a processi di lavorazione chimica, ma in questo modo si perde in sostenibilità.
I ricercatori dell'Empa del laboratorio "Cellulosa e materiali lignei" hanno ora sviluppato un materiale a base biologica che evita abilmente questo compromesso. Non solo è completamente biodegradabile, ma è anche resistente agli strappi e ha proprietà funzionali versatili. Il tutto con fasi di lavorazione minime e senza l'utilizzo di sostanze chimiche - si può persino mangiare. Il suo segreto: è vivo.
Come base per il loro nuovo materiale, i ricercatori hanno utilizzato il micelio della clemente comune, un fungo commestibile molto diffuso che cresce sul legno morto. I miceli sono strutture fungine filamentose simili a radici che vengono già studiate attivamente come potenziali fonti di materiale. Normalmente, le fibre miceliali - note come ife - vengono pulite e, se necessario, trattate chimicamente, il che comporta il ben noto compromesso tra prestazioni e sostenibilità.
I ricercatori dell'Empa hanno scelto un approccio diverso. Invece di elaborare faticosamente il micelio, lo hanno utilizzato nella sua interezza. Quando cresce, il fungo non forma solo ife, ma anche la cosiddetta matrice extracellulare: una rete di diverse macromolecole simili a fibre, proteine e altre sostanze biologiche che le cellule vive secernono. "Il fungo usa questa matrice extracellulare per darsi una struttura e altre proprietà funzionali. Perché non dovremmo fare lo stesso?", spiega Ashutosh Sinha, ricercatore dell'Empa. "La natura ha già sviluppato un sistema ottimizzato", aggiunge Gustav Nyström, responsabile del laboratorio "Cellulosa e materiali lignei".
Con un po' di ottimizzazione mirata, i ricercatori hanno dato una mano alla natura. Dall'enorme diversità genetica delle clementine comuni, hanno selezionato un ceppo che produce una quantità particolarmente elevata di due macromolecole specifiche: il polisaccaride a catena lunga schizofillano e la proteina idrofobina simile al sapone. Grazie alla loro struttura, le idrofobine si raccolgono alle interfacce tra liquidi polari e apolari, ad esempio acqua e olio. Lo schizofillano è una nanofibra: meno di un nanometro di spessore, ma più di mille volte più lunga. Insieme, queste due biomolecole conferiscono al micelio vivente proprietà che lo rendono adatto a un'ampia gamma di applicazioni.
I ricercatori hanno dimostrato la versatilità del loro materiale in laboratorio. Nel loro studio, pubblicato di recente sulla rivista scientifica "Advanced Materials", hanno presentato due possibili applicazioni del materiale vivente: una pellicola simile alla plastica e un'emulsione. Le emulsioni sono miscele di due o più liquidi che normalmente non possono essere mescolati. Se volete vederne un esempio, basta aprire il frigorifero: Il latte, il condimento per l'insalata o la maionese ne sono un esempio. Ma anche diversi cosmetici, pitture e vernici sono disponibili come emulsioni.
Una sfida è quella di stabilizzare tali miscele in modo che non si "segreghino" nuovamente nei singoli liquidi nel corso del tempo. È qui che il micelio vivente mostra il suo lato migliore: sia le fibre di schizofilla che le idrofobine agiscono come emulsionanti. E il fungo vivente rilascia costantemente altre molecole. "Questo è probabilmente l'unico tipo di emulsione che diventa più stabile nel tempo", afferma Sinha. Sia i filamenti fungini che le loro molecole ausiliarie sono completamente atossici, biologicamente compatibili e persino commestibili: il comune fungo a foglia spaccata è considerato un fungo commestibile in molte parti del mondo. "Il suo utilizzo come emulsionante nell'industria cosmetica e alimentare è quindi particolarmente interessante", afferma Nyström.
Tuttavia, la rete fungina vivente è adatta anche per le applicazioni classiche dei materiali. In un secondo esperimento, i ricercatori hanno prodotto film sottili dal loro micelio. La matrice extracellulare con le lunghe fibre di schizofillano conferisce al materiale un'ottima resistenza alla trazione, che può essere ulteriormente migliorata con un allineamento mirato delle fibre fungine e polisaccaridiche.
"Combiniamo i metodi collaudati per la lavorazione dei materiali a base di fibre con il campo emergente dei materiali viventi", spiega Nyström. Sinha aggiunge: "Il nostro micelio è un composito di fibre viventi, per così dire". I ricercatori possono controllare le proprietà di questo materiale modificando le condizioni di crescita del fungo. È inoltre possibile utilizzare altri ceppi o specie fungine che producono altre macromolecole funzionali.
Tuttavia, lavorare con il materiale vivente presenta anche alcune sfide. "I materiali biodegradabili reagiscono sempre all'ambiente circostante", afferma Nyström. "Vogliamo trovare applicazioni in cui questa interazione non sia un ostacolo, o addirittura un vantaggio". Tuttavia, la biodegradabilità è solo una parte della storia del micelio. Anche il micelio è biodegradabile: la comune mannaia è in grado di decomporre attivamente il legno e i materiali vegetali. Sinha vede un'ulteriore potenziale applicazione: "Invece di sacchetti di plastica compostabili per gli scarti di cucina, potrebbe essere utilizzato per produrre sacchetti che compostano i rifiuti organici stessi", dice il ricercatore.
Esistono anche applicazioni promettenti per il micelio nel campo dell'elettronica sostenibile. Ad esempio, il materiale fungino reagisce reversibilmente all'umidità e potrebbe essere utilizzato per produrre sensori di umidità biodegradabili. Un'altra applicazione a cui sta lavorando il team di Nyström combina il materiale vivente con altri due progetti di ricerca del laboratorio Cellulose and Wood Materials: la batteria di funghi e la batteria di carta. "Vogliamo produrre una batteria compatta e biodegradabile i cui elettrodi siano costituiti da un 'fungo di carta' vivente", spiega Sinha.
Anna Ettlin è redattrice scientifica e lavora nella comunicazione dell'Empa. www.empa.ch
Da oltre dieci anni, Leo Martin forma specialisti e manager in materia di leadership, comunicazione in situazioni estreme e abilità umane. In precedenza, come agente dei servizi segreti nazionali tedeschi, si occupava di reclutare e guidare uomini di fiducia nell'ambiente della criminalità organizzata.
Sono molte le ragioni per cui le aziende devono sostituire singole materie prime o materiali con altri. La ricerca di alternative richiede molto tempo e spesso si conclude con un fallimento. Un gruppo di ricerca del Fraunhofer IPA ha ora sviluppato uno strumento supportato dall'intelligenza artificiale per la sostituzione dei materiali.
Il cobalto è utilizzato nelle batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici e svolge quindi un ruolo importante nella transizione energetica. Tuttavia, il metallo grigio-argento è una materia prima critica per diversi motivi: Il cobalto è raro. Costituisce solo lo 0,004% della crosta terrestre. Le riserve mondiali di cobalto conosciute sono stimate in 7,2 milioni di tonnellate. Più della metà di queste, circa quattro milioni di tonnellate, si trovano nel territorio della Repubblica Democratica del Congo. Le condizioni di lavoro nelle miniere di questo instabile Paese dell'Africa centrale sono spesso pessime e i danni ambientali causati dall'estrazione del minerale sono ingenti.
Che si tratti di mancanza di sicurezza di approvvigionamento, di prezzi troppo alti sul mercato globale, di preoccupazioni etiche, di divieti o di innovazioni di prodotto con migliori proprietà del materiale: Sono molte le ragioni che spingono le aziende a cercare materiali alternativi. "Esistono banche dati che gli sviluppatori di prodotti possono utilizzare per la ricerca. Tuttavia, spesso non forniscono risultati utili perché non tengono conto dell'esatta applicazione in azienda", afferma Charlotte Schmidt del team di ricerca Sustainability and Material Compliance Management del Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA di Stoccarda.
Per facilitare la ricerca e ottenere risultati più adeguati, Schmidt e due colleghi hanno sviluppato uno strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'intelligenza artificiale. Tramite una schermata di input, gli utenti devono innanzitutto inserire dettagli specifici sul materiale o sulla materia prima che desiderano sostituire, quindi specificare le proprietà richieste del materiale alternativo e informazioni sul contesto di utilizzo del materiale desiderato. Segue una ricerca AI, che cerca nel database "Semantic Scholar" in base ai dati specifici e ai requisiti dell'utente. Confrontando i dati inseriti dall'utente con le informazioni disponibili nel database, l'IA identifica i materiali alternativi più adatti.
Il collegamento dell'IA per la sostituzione dei materiali è solo una delle numerose componenti con cui i ricercatori supportano le aziende nella ricerca di materie prime, materiali o sostanze chimiche alternative. Una volta completato il suo compito, l'IA sottopone i sostituti proposti e i materiali di partenza a una valutazione completa, tenendo conto degli aspetti legali, ecologici e sociali, nonché della sicurezza dell'approvvigionamento. In stretto dialogo con la rispettiva azienda, gli scienziati verificano poi come i materiali proposti soddisfino esattamente i requisiti specifici. Alla fine del processo viene redatto un rapporto. Questa presenta i sostituti più adatti e la valutazione dei vari criteri. Gli scienziati forniscono così alle aziende una solida base decisionale.
Lo strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'intelligenza artificiale suggerisce il ferro come alternativa al cobalto. "Non è una nuova scoperta che il fosfato di ferro e litio possa essere utilizzato per i catodi delle batterie al posto dell'ossido di cobalto nichel manganese", afferma Schmidt. "Ma questo e altri risultati ci hanno dimostrato che la connessione con l'IA è promettente nella ricerca di materiali alternativi".
Il progetto di ricerca
Lo strumento di sostituzione dei materiali supportato dall'intelligenza artificiale è stato sviluppato nell'ambito del progetto di ricerca "Ultra-Efficiency Factory - Deep Dive", che è stato avviato nell'aprile 2024 e durerà fino alla fine di agosto 2025. Il progetto di ricerca è sostenuto dal Ministero del Baden-Württemberg per l'Ambiente, la Protezione del Clima e il Settore Energetico con un totale di 1,4 milioni di euro. Al progetto partecipano anche altri partner industriali e scientifici.
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L'acquisizione tradizionale di clienti costa tempo, risorse e spesso anche budget. Ma cosa succederebbe se gran parte di tutto questo potesse essere fatto in pochi minuti, grazie all'intelligenza artificiale?
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Ciò che è già comune nelle aziende sta diventando un'opportunità concreta anche per le PMI: con i giusti strumenti di intelligenza artificiale, la visibilità, la portata e i lead possono essere scalati da zero, senza personale aggiuntivo o agenzie esterne. Le seguenti otto strategie dimostrate mostrano come l'intelligenza artificiale possa essere utilizzata in modo specifico nel marketing e nelle vendite, senza alcuna conoscenza specialistica, ma con risultati misurabili.
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Conclusione: l'intelligenza artificiale non sostituisce una strategia, ma rende il marketing e le vendite più agili, veloci e misurabili. Con le giuste competenze, è possibile ottenere il massimo: dalla creazione di testi alla generazione di lead e offerte. Ma se volete usare l'IA in modo sensato e a lungo termine, avete bisogno di una solida base. Il mio consiglio: investite specificamente nella formazione o nel coaching sull'IA. Imparate come sono strutturati i prompt, come evitare gli errori tipici e come rendere i vostri processi scalabili con l'IA. Perché alla fine non conta solo ciò che un'azienda ottiene, ma anche la sua visibilità nel processo.
Ulteriori informazioni: https://schubs.com/Ki-Kompetenz/
Sandra Schubert, di Rosenheim (Germania), è un'esperta di vendite di lunga data e un'esperta certificata di AI Marketing e Digital Sales Manager. È specializzata nello sviluppo di strategie efficienti di acquisizione clienti per le aziende. Per lei sono importanti le forti sinergie tra marketing e vendite e tra creatività umana e artificiale.
