La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ha lanciato un programma finalizzato alla produzione di “probiotici” in grado di contrastare la corrosione e le muffe dovuti a bio-incrostazioni, che danneggiano i sistemi e gli equipaggiamenti militari causando al Dipartimento della Difesa una spesa di decine di miliardi di dollari ogni anno.

I batteri sono la forma di vita più abbondante e diversificata sulla Terra, rivestendo quasi ogni superficie, e la maggior parte di essi trascorre la propria vita nei “biofilm”, detti anche “bio-pellicole” o “bio-incrostazioni”. Sotto determinati aspetti, questa realtà naturale è fonte di problemi pratici per le attività umane, poiché contribuisce in modo significativo al deterioramento di sistemi ed equipaggiamenti. Per quanto riguarda l’ambito militare, basti pensare che tale deterioramento – sotto forma di corrosione, muffe o aumento della resistenza idrodinamica – costa ogni anno decine di miliardi di dollari al Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. In particolare, le bio-incrostazioni si formano estesamente sui materiali immagazzinati e sugli scafi di piattaforme aeree e marittime, spesso in luoghi difficili da raggiungere per i manutentori (come i serbatori di carburante o i veicoli sottomarini senza equipaggio) e, pertanto, difficili da sanare. Gli attuali rimedi (lavaggio, messa in bacino di carenaggio per la riparazione) presentano limiti significativi nel lungo periodo, dovendo essere applicati continuamente e con grandi spese, ma con risultati via via sempre minori.

Un ecosistema in miniatura che si comporta come una vernice vivente

Partendo da questo dato di fatto, un nuovo approccio scientifico punta a cercare la soluzione del problema negli stessi biofilm, attraverso un intervento sulla loro composizione e struttura che li renda benefici per le superfici che ricoprono. Echeggiando nel nome l’armonia arcadica dell’uomo con la natura, un programma della DARPA (la Defense Advanced Research Projects Agency del Pentagono) battezzato Arcadia svilupperà “probiotici” in grado di proteggere materiali ed equipaggiamenti militari utilizzando microrganismi naturali per generare rivestimenti resistenti e, per l’appunto, benefici. Formare un biofilm stabile ed efficiente equivale a creare un ecosistema in miniatura che si comporta come una vernice vivente. I progressi recentemente compiuti nella comprensione di come i biofilm si formano e sopravvivono, combinati con nuovi strumenti per il controllo dei batteri, potrebbero consentire la manipolazione di una comunità batterica verso una funzione desiderata. Nel caso specifico, il programma Arcadia combatterà il deperimento delle risorse del Dipartimento della Difesa statunitense generando “materiali probiotici”, ovvero biofilm con una funzione benefica, attraverso una rigorosa modellazione delle interazioni tra specie di batteri. Ciò richiederà progressi nella capacità di plasmare la formazione di biofilm, nonché banchi di prova microfluidici a elevata velocità per far crescere, monitorare e testare le biopellicole. Saranno esaminate molteplici strategie per la generazione di queste, incluso l’assemblaggio, nel quale si comincia con una singola specie e si procede gradualmente all’aggiunta di nuove specie e alla   sostituzione di quelle che si rivelano problematiche con altre preferibili in relazione allo scopo.

Le piattaforme sottomarine tra le più colpite dal problema indotto dai batteri

“Nel solo anno fiscale 2016, il fenomeno della corrosione è costata al Dipartimento della Difesa oltre 20 miliardi di dollari”, ha affermato il dott. Paul Sheehan, responsabile del progetto Arcadia per conto della DARPA. “Il programma si concentrerà sui problemi mediati dai biofilm, inclusa la corrosione, che sono rilevanti per il DoD e trattabili, consentendoci di ottenere gli strumenti e le conoscenze per la gestione di tali biofilm.”
In particolare, Arcadia si concentrerà su quattro problemi concreti riguardanti l’aumento della resistenza idrodinamica delle superfici dei veicoli sottomarini senza equipaggio a bordo (UUV – Unmanned Undersea Vehicles) e degli alianti sottomarini (Glider, una tipologia di AUV – Autonomous Underwater Vehicle); la corrosione di queste piattaforme; la corrosione dei serbatoi di carburante; i problemi generati dalla “muffa nera” su risorse come i veicoli immagazzinati. “Il programma Arcadia mira a sviluppare biofilm funzionali che non solo inibiscano la corrosione indotta dai batteri, che comporta spese elevate [di manutenzione], ma possano in futuro anche proteggere da essa”, ha aggiunto Sheehan.