Questi rivoluzionari design degli orinatoi riducono gli schizzi del 98,6%, promettendo bagni pubblici più puliti e un notevole risparmio idrico
Dagli antichi monasteri dello Sri Lanka ai moderni bagni pubblici, gli orinatoi sono rimasti sorprendentemente immutati per secoli, nonostante i loro ben noti inconvenienti. Una ricerca innovativa sta finalmente affrontando uno dei loro problemi più persistenti: gli schizzi.
Breve storia dell’orinatoio
Come riportato qui, gli orinatoi risalgono all’incirca al 1000 d.C., quando i monasteri dello Sri Lanka installarono recipienti in pietra intricatamente scolpiti. Le versioni europee si sono diffuse nel XIX secolo grazie al lavoro del funzionario parigino Claude-Philibert Barthelot. Nel 1917, gli orinatoi erano diventati così culturalmente importanti che Marcel Duchamp ne trasformò uno nella sua controversa opera d’arte “La Fontaine”. Oggi il design degli orinatoi standard è quasi identico al progetto centenario di Duchamp.
Il problema degli schizzi: più di un semplice inconveniente
Anche se la maggior parte delle persone si trova ad avere a che fare solo occasionalmente con gli sgradevoli schizzi, l’impatto cumulativo è notevole. Uno studio del 2019 ha stimato che i circa 56 milioni di orinatoi americani schizzano sui pavimenti dei bagni pubblici fino a 1 milione di litri di urina al giorno.
Sebbene l’urina sia per lo più sterile quando viene espulsa, diventa rapidamente un terreno di coltura per i batteri. Il suo odore carico di ammoniaca permea l’aria circostante, creando problemi igienici che vanno oltre il semplice disagio. Il risultato è che gli orinatoi e i pavimenti dei bagni ospitano concentrazioni batteriche significativamente più elevate rispetto ai gabinetti, rendendo necessari ulteriori interventi di pulizia. Queste esigenze di pulizia si traducono direttamente in un aumento dei costi di manodopera e del consumo di risorse per le istituzioni pubbliche.
L’innovazione guidata dalla scienza: la Cornucopia e il Nautilus
108 anni dopo “La Fontaine” di Duchamp, gli orinatoi potrebbero finalmente ricevere aggiornamenti scientificamente ottimizzati. Un team internazionale guidato da ricercatori dell’Università canadese di Waterloo ha sviluppato due progetti innovativi: la “Cornucopia” e il “Nautilus”. Pubblicate nel numero di aprile 2023 di PNAS Nexus, queste innovazioni sfruttano i principi della dinamica dei fluidi per ridurre drasticamente gli schizzi.
“Questo design di orinatoio è il miglior strumento didattico che mi sia venuto in mente”, ha spiegato Zhao Pan, professore di ingegneria meccanica e meccatronica dell’Università di Waterloo e autore principale dello studio. “È un problema di vita quotidiana che copre numerosi argomenti: meccanica dei fluidi, sostenibilità, equazioni differenziali, produzione e prototipazione, arte, design industriale, fattori umani, biomeccanica e test”.
Imparare dalla natura: cani e gusci di nautilus
Sorprendentemente, parte dell’ispirazione del progetto è venuta dal comportamento dei cani. I cani urinano inconsciamente contro gli alberi con angolazioni specifiche che riducono al minimo gli schizzi: una soluzione naturale a un problema antico.
I ricercatori hanno affrontato il cosiddetto “problema della curva isogonale”, analizzando come le interazioni angolari dell’urina con le superfici producano schemi a spirale simili alla geometria della conchiglia del nautilus. Attraverso test rigorosi con getti d’acqua colorati che approssimano il flusso dell’urina umana, hanno confrontato cinque diversi orinatoi: un design standard nordamericano, un modello de “La Fontaine” di Duchamp e tre loro prototipi.
La scoperta dell’angolo critico
La svolta è arrivata da una semplice ma potente scoperta: “Quando un getto di liquido o un treno di gocce impatta su una superficie rigida al di sotto di un certo angolo critico di impatto, non si genera quasi nessuno schizzo”, hanno osservato i ricercatori. “Pertanto, una superficie progettata per intersecare sempre il flusso di urina con un angolo uguale o inferiore all’angolo critico impedisce il ritorno di schizzi”.
In particolare, gli schizzi si riducono drasticamente quando il liquido colpisce una superficie con un angolo di 30 gradi o meno. I nuovi progetti del team sono riusciti a ridurre gli schizzi ad appena l’1,4% di quanto producono i modelli standard nordamericani. Mentre il Cornucopia è progettato per le persone in piedi, il Nautilus è in grado di accogliere persone con disabilità e in sedia a rotelle, rendendolo una soluzione più inclusiva.
Impatto ambientale ed economico
I ricercatori ritengono che l’adozione generalizzata di questi modelli produrrebbe benefici sostanziali: “L’adozione diffusa degli orinatoi descritti in questo lavoro comporterebbe una notevole riduzione delle risorse umane, dei costi, dei prodotti chimici per la pulizia e dell’acqua”, hanno scritto i ricercatori.
Secondo stime prudenti, la sostituzione di tutti gli orinatoi pubblici degli Stati Uniti con modelli tipo Nautilus ridurrebbe gli schizzi di 1 milione di litri al giorno. “Supponendo che sia necessaria una quantità d’acqua 10 volte superiore per pulire un determinato volume di urina schizzata, possiamo risparmiare fino a 10 milioni di litri di acqua dolce utilizzati per la pulizia al giorno”, hanno calcolato.
Dall’osservazione quotidiana all’innovazione scientifica
Nonostante le sue sofisticate basi scientifiche, il progetto è iniziato con una semplice osservazione. “L’idea di questo progetto è nata esattamente dove si pensa”, ha ammesso Pan. “Quando si studia tutto il giorno il comportamento dei fluidi, non si può fare a meno di interrogarsi su questi scenari quotidiani”.
Grazie a questa ricerca, un banale sanitario potrebbe finalmente ricevere la prima importante riprogettazione in oltre un secolo, dimostrando che l’innovazione scientifica può trasformare anche gli aspetti più trascurati dei nostri ambienti quotidiani.