Să învățăm de la natură

Cicadele ar putea deține secretul suprafețelor care se curăță singure

Natura îi inspiră în permanență pe oamenii de știință. Unele idei se află încă în cercetare, cum ar fi costumele de neopren foarte călduroase inspirate de castor. Altele fac deja parte din viața oamenilor, cum ar fi velcro-ul (bazat pe buruienile de brusture) și trenul glonț japonez (modelat după ciocul lung și îngust al unei păsări numită kingfisher).

Cicadele – insecte care seamănă cu lăcustele și trăiesc pe toate continentele, cu excepția Antarcticii, fac parte din specia Cicada septemdecim, întâlnită în nord-estul Americii -au inspirat cercetările unei echipe condusă de Sreehari Perumanath, bursier la Universitatea din Warwick, în domeniul suprafețelor autocurățitoare.

Păstrarea geamurilor mașinii imaculate poate părea o luptă fără sfârșit împotriva forțelor murdăriei și ale prafului. Dar insectele precum cicadele au un truc fascinant care le păstrează aripile imaculate, fără ca insecta să depună vreun efort. Și s-ar putea să dețină cheia pentru a ne scuti de grija curățeniei constante. Studiul a investigat mecanismul din spatele acestui proces de autocurățare. Datorită texturii deosebite a aripilor de cicadă, roua de dimineață se condensează pe ele și se transformă treptat în mici picături de apă. Aceste picături elimină particulele de praf și microorganismele atunci când se ciocnesc între ele sau se rostogolesc pe aripile insectei.

Cicadele nu sunt singurele insecte care au dezvoltat corpuri autocurățătoare. Mulți fluturi au aripi care se pot curăța singure. Alte creaturi, cum ar fi geckos și anumite frunze de plante, cum ar fi lotusul și orezul, folosesc, de asemenea, mișcarea picăturilor pentru a se feri de praf, așa cum fac cicadele. Aceste picături în mișcare ajută, de asemenea, la eliminarea bacteriilor, scăzând astfel riscul de infecții. Dacă un lichid este vărsat pe majoritatea suprafețelor (o cană de cafea răsturnată, de exemplu), acesta se va împrăștia pur și simplu pe toată suprafața și va rămâne acolo.

Dar picăturile de rouă se comportă diferit pe aripile cicadelor din cauza a ceea ce inginerii numesc „super-hidrofobicitate”, sau impermeabilitate extremă. Suprafața aripilor de cicadă conține un aranjament complex de mii de mici conuri acoperite cu ceară. Picăturile de apă de pe aripă iau o formă asemănătoare cu cea a unei mărgele, deoarece doresc să reducă la minimum contactul cu suprafața aripii. Acest lucru se datorează cerii care respinge apa și vârfurilor conice, care împiedică picăturile de apă sferice să pătrundă în membrana aripii.

Ar arăta exact ca un balon complet umflat plasat peste un pat de cuie. Acesta nu va exploda deoarece presiunea este distribuită pe toate cuiele. În cazul picăturilor, conurile acoperite cu ceară facilitează deplasarea fără efort a picăturilor pe aripile cicadelor.

Sărind și rostogolind picături de apă

Studii anterioare au arătat că gravitația face ca picăturile mai mari să se rostogolească pe aripile cerate ale cicadelor, adunând numeroși contaminanți de-a lungul călătoriei lor. Cu toate acestea, până în prezent, modul în care picăturile mai mici, care sunt prea mici pentru a fi trase de gravitație, ridicau murdăria a rămas evaziv. Echipa de cercetători a descoperit că picăturile mici, în timp, se contopesc cu vecinii lor.

Picătura fuzionată sare de pe suprafață în loc să se rostogolească. În timpul saltului, picătura va lua o formă care seamănă cu un balon cu aer cald pe cale să decoleze de la sol. Studiul a arătat că această formă de balon cu aer cald este crucială pentru a permite picăturilor să transporte murdăria de la suprafață.

Se pare că tensiunea superficială a picăturii de lichid este cea care adună murdăria în timp ce picătura se află în forma de balon cu aer cald. Tensiunea superficială este tendința picăturilor expuse la aer de a-și menține forma sferică. Atunci când o picătură formează forma de balon cu aer cald cu murdărie dedesubt, aceasta va încerca să se reformeze ca o sferă. În acest proces, ea îndepărtează involuntar murdăria de la suprafață.

Am observat, de asemenea, că picăturile de apă nu pot elimina toți contaminanții în acest mod. De exemplu, pe aripile cicadelor, picăturile de apă pot fi capabile să îndepărteze particulele mici de nisip, dar nu și pe cele formate din funingine.

De asemenea, indiferent dacă picăturile sar sau se rostogolesc, mecanismul de dislocare a contaminanților de pe o suprafață rămâne același. Pe măsură ce o picătură mai mare se rostogolește pe lângă murdărie, suprafața sa va fi deformată. Picătura va încerca să își păstreze forma sferică naturală, ceea ce, la fel ca în cazul picăturilor fuzionate, va trage murdăria de pe suprafață.

Inginerie naturală

În viitor, inginerii vor putea încorpora ceea ce am învățat despre aripile de cicadă în proiectarea produselor, iar noi nu vom mai fi nevoiți să stropim cu apă și să ne ștergem geamurile și alte suprafețe, deoarece acestea se vor curăța singure. Imaginați-vă ferestrele zgârie-norilor, panourile solare și lentilele camerelor de supraveghere care se pot curăța singure. Un strat super-hidrofob poate ajuta, de asemenea, la prevenirea formării de îngheț pe diferite suprafețe în timpul iernii – cum ar fi parbrizul mașinii.

Aceasta va fi o bună adăugare la lista de îmbunătățiri iminente ale infrastructurii noastre existente, alături de panourile solare eficiente inspirate de structura frunzelor de plante și de clădirile inspirate de termitierele cu o ventilație mai eficientă din orașele din întreaga lume.Chiar și în cele mai urbane zone, natura este peste tot în jurul nostru.