Czy pustynny żuk żyjący w jednym z najgorętszych miejsc na ziemi pomoże rozwiązać problem oblodzenia? Byłaby to ironia losu, ale tak – są na to spore szanse. Nad zainspirowanym naturą rozwiązaniem pracują właśnie naukowcy z Virginia Tech.
Fot. harryandrowenaphotos / Foter.com / CC BY-NC-ND
Jak wiadomo, lód w niektórych sytuacjach stanowi poważny problem – zmieniające aerodynamikę samolotu pokrywy lodowe na skrzydłach, ciężkie od lodu łopatki turbin wiatrowych, zamarzające wężownice skraplaczy, uciążliwe oblodzenie szyb samochodowych… Więcej o kłopotach, jakie sprawia lód, można przeczytać w tym tekście. Amerykańscy naukowcy postanowili położyć temu kres – i, o dziwo,…
…inspirację znaleźli na pustyni.
Był nią namibijski żuk pustynny – ten sam, który podsunął technologom firmy Sto pomysł na farbę StoColor Dryonic. Przypomnijmy – to sprytne stworzenie żyjące w jednym z najgorętszych miejsc na ziemi wypracowało sobie niezwykły sposób pozyskiwania wody. Jego pancerzyk pokryty jest naprzemiennie położonymi guzkami i gładkimi, hydrofobowymi rynienkami; formujące się na czubkach guzków krople natychmiast spływają po pancerzu wzdłuż żłobień, prosto do otworu gębowego owada. Powierzchnia takiego pancerza jest więc równocześnie hydrofilowa (guzki), jak i hydrofobowa (żłobienia).
Jak zauważa Jonathan Boreyko, profesor z Virginia Tech College of Engineering, to trochę ironiczne – żyjący w tropikalnych upałach żuk być może pomoże nam rozwiązać problem oblodzenia. (Najwyraźniej odkrycia naukowe często są ironiczne – sprawdźcie, co mówił prof. Pirouz Kavehpour o swojej antyoblodzeniowej technologii zainspirowanej strukturą piór pingwina). Faktem jest jednak, że pustynne stworzonko zdradziło nam istotny sekret – jak kontrolować miejsce powstawania rosy.
Hydrofilowe góry i hydrofobowe doliny
Naukowcy natychmiast wzięli się do pracy – we współpracy z badaczami z Oak Ridge National Laboratory podjęli próbę odtworzenia powierzchni pancerza namibijskiego rzuka. I udało im się. Wykorzystując metodę fotolitografii uzyskali podobną strukturę, na razie co prawda na próbce długości zaledwie centymetra, wierzą jednak, że technologię tę będzie można zastosować również na większych powierzchniach.
Otrzymana powierzchnia pokryta jest hydrofilowymi guzkami, analogicznymi jak na pancerzu pustynnego owada. Są one od siebie na tyle oddalone, że zamarzające krople wody powstają w całkowitej separacji – dookoła każdego guzka tworzy się coś w rodzaju „suchej strefy”. Ponieważ ze względu na zbyt duże odległości nad hydrofobowymi dolinkami nie mogą powstać lodowe mosty, lód nie może się rozprzestrzeniać.
Ta separacja jest kluczowa – wystarczy bowiem jedna zamarzająca kropla, która zetknie się z drugą, aby rozpocząć łańcuchową reakcję zamarzania. Mogąc kontrolować, w którym miejscu dojdzie do kondensacji wilgoci, możemy odsunąć od siebie te punkty na taką odległość, by powstrzymać proces. Dowodem na to, że odległość ta ma ogromne znaczenie dla rozprzestrzeniania się lodu, jest opublikowany przez naukowców z Virginia Tech filmik – widać na nim wyraźnie, że zamarzanie postępuje szybciej na powierzchni, na której punkty kondensacji są bliżej siebie.
http://vimeo.com/152618884
Jak zauważa C. Patrick Collier, badacz z Oak Ridge National Laboratory, utrzymywanie obiektów w suchości wymaga dziś ogromnych środków finansowych. Warto więc badać możliwości kontrolowania miejsc gromadzenia się wilgoci i procesu zamarzania – choćby po to, by zaoszczędzić. Drugi istotny powód to oczywiście bezpieczeństwo, oblodzone powierzchnie grożą bowiem urazem, a w skrajnych przypadkach mogą doprowadzić do katastrofy (samoloty).
Technologia otrzymywania antyoblodzeniowej powierzchni i uzyskane rezultaty opisane zostały w przygotowanym przez badaczy z Virginia Tech artykule naukowym. Ukazał się on w czasopiśmie „Scientific Report”, naukowym dzienniku należącym do wydawcy „Nature”.
Źródło: Virginia Tech
