Un análisis de las gotas de lluvia de alta velocidad que golpean superficies biológicas como plumas, hojas de plantas y alas de insectos revela cómo estas carillas altamente repelentes al agua reducen el impacto del agua.
Micro golpes y una capa de cera a nanoescala en las frágiles alas de mariposa se rompen y esparcen gotas de lluvia para minimizar el daño.
El estudio, "Cómo se rompe una gota de lluvia en las superficies biológicas", publicado el 8 de junio en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
La investigación mostró cómo las protuberancias a microescala, combinadas con una capa de cera a nanoescala, rompen y esparcen estas gotas para proteger las superficies frágiles del daño físico y el riesgo de hipotermia.
Ya existe un gran mercado para productos que utilizan ejemplos de la naturaleza, conocidos como biomimética en su diseño: aerosoles autolimpiantes resistentes al agua para ropa y zapatos, y deshielo de las alas de los aviones.estudio podría conducir a más productos de este tipo en el futuro.
"Este es el primer estudio que comprende cómo las gotas de lluvia de alta velocidad impactan estas superficies hidrófobas naturales", dijo el autor principal Sunghwan "Sunny" Jung, profesor asociado de ingeniería biológica y ambiental en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida. El autor principales Seungho Kim, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Jung.
Estudios previos han analizado el agua que golpea insectos y plantas con bajo impacto y han observado las propiedades de limpieza del líquido. Pero en la naturaleza, las gotas de lluvia pueden caer a velocidades de hasta 10 metros por segundo, por lo que esta investigación examinó cómo las gotas de lluvia caen a altas velocidadesinteractuar con superficies naturales superhidrófobas.
Las gotas de lluvia plantean riesgos, dijo Jung, porque su impacto podría dañar las frágiles alas de mariposa, por ejemplo.
"[Ser golpeado con] gotas de lluvia es el evento más peligroso para este tipo de animal pequeño", dijo, y señaló que el peso relativo de una gota de lluvia golpeando un ala de mariposa sería análogo a una bola de boliche que cae del cielo sobre un humano.
En el estudio, los investigadores recolectaron muestras de hojas, plumas e insectos. Estos últimos fueron adquiridos de la Colección de Insectos de la Universidad de Cornell, con la ayuda del coautor Jason Dombroskie, gerente de colección y director del Laboratorio de Diagnóstico de Insectos.
Los investigadores colocaron las muestras en una mesa y liberaron gotas de agua desde alturas de aproximadamente dos metros, mientras registraban el impacto a unos pocos miles de cuadros por segundo con una cámara de alta velocidad.
Al analizar la película, descubrieron que cuando una gota golpea la superficie, se ondula y se extiende. Una capa de cera a nanoescala repele el agua, mientras que las protuberancias más grandes a microescala en la superficie crean agujeros en la gota de lluvia que se extiende.
"Considere los micro-golpes como agujas", dijo Jung. Si uno deja caer un globo sobre estas agujas, dijo, "entonces este globo se rompería en pedazos más pequeños. Entonces, sucede lo mismo cuando la gota de lluvia golpea y se extiende".
Esta acción demoledora reduce la cantidad de tiempo que la gota está en contacto con la superficie, lo que limita el impulso y disminuye la fuerza de impacto sobre un ala u hoja delicada. También reduce la transferencia de calor de una caída fría. Esto es importante porque los músculosde un ala de insecto, por ejemplo, debe estar lo suficientemente caliente como para volar.
"Si tienen más tiempo en contacto con la gota de agua fría, van a perder mucho calor y no pueden volar muy fácilmente", dijo Jung, haciéndolos vulnerables a los depredadores, por ejemplo.
También es importante repeler el agua lo más rápido posible porque el agua es muy pesada, lo que dificulta el vuelo en insectos y aves y pesa las hojas de las plantas.
"Al tener estas estructuras de dos niveles", dijo Jung, "[estos organismos] pueden tener una superficie súper hidrófoba".
El estudio fue financiado por la National Science Foundation y el Departamento de Agricultura de los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Krishna Ramanujan. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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