Una mariposa sudamericana batió sus alas, y provocó una oleada de investigación en nanotecnología en Ohio. Los investigadores aquí han dado una nueva mirada a las alas de las mariposas y las hojas de arroz, y aprendí cosas sobre su textura microscópica que podrían mejorar una variedad de productos.

Por ejemplo, Los investigadores pudieron limpiar hasta el 85 por ciento del polvo de una superficie de plástico recubierta que imitaba la textura de un ala de mariposa. en comparación con solo el 70 por ciento de una superficie plana.

En un número reciente de la revista Materia blanda , Los ingenieros de la Universidad Estatal de Ohio informan que las texturas mejoran el flujo de fluidos y evitan que las superficies se ensucien, características que podrían imitarse en superficies de alta tecnología para aeronaves y embarcaciones. oleoductos y equipo médico.

"La naturaleza ha desarrollado muchas superficies que son autolimpiantes o reducen el arrastre, "dijo Bharat Bhushan, Académico eminente de Ohio y profesor Howard D. Winbigler de ingeniería mecánica en el estado de Ohio. "La resistencia reducida es deseable para la industria, ya sea que esté tratando de mover unas gotas de sangre a través de un nanocanal o millones de galones de petróleo crudo a través de un oleoducto. Y las superficies autolimpiables serían útiles para equipos médicos:catéteres, o cualquier cosa que pueda albergar bacterias ".

Bhushan y el estudiante de doctorado Gregory Bixler utilizaron un microscopio electrónico y un perfilador óptico para estudiar las alas de la mariposa Morpho azul gigante (Morpho didius) y las hojas de la planta de arroz Oriza sativa. Fundieron réplicas de plástico de ambas texturas microscópicas, y compararon su capacidad para repeler la suciedad y el agua con réplicas de escamas de pescado, piel de tiburon, y superficies planas lisas.

Común a América Central y del Sur, la Morpho azul es una mariposa icónica, apreciado por su brillante color azul e iridiscencia. Más allá de su belleza, tiene la capacidad de eliminar la suciedad y el agua con un batir de alas.

Para una mariposa en la naturaleza mantenerse limpio es un tema crítico, Bhushan explicó.

"Sus alas son tan delicadas que la suciedad o la humedad les dificulta volar, ", dijo." Además, los machos y las hembras se reconocen por el color y los patrones de sus alas, y cada especie es única. Así que tienen que mantener sus alas brillantes y visibles para poder reproducirse ".

El microscopio electrónico reveló que las alas de Blue Morpho no son tan suaves como parecen a simple vista. En lugar de, la textura de la superficie se asemeja a un techo de tablillas con filas de tejas superpuestas que irradian desde el cuerpo de la mariposa, sugiriendo que el agua y la suciedad se deslizan por las alas "como el agua de un techo, "Dijo Bhushan.

Las hojas de arroz proporcionaron un paisaje más surrealista bajo el microscopio, con filas de ranuras de tamaño micrométrico (millonésimas de metro), cada uno cubierto con aún más pequeño, protuberancias del tamaño de un nanómetro (mil millonésimas de metro), todas en ángulo para dirigir las gotas de lluvia hacia el tallo y hacia la base de la planta. La hoja también tenía una capa cerosa resbaladiza, que mantiene las gotas de agua fluyendo.

Los investigadores querían probar cómo las alas de mariposa y las hojas de arroz podrían mostrar algunas de las características de otras superficies que han estudiado. como piel de tiburón, que está cubierto de resbaladizo, surcos microscópicos que hacen que el agua fluya suavemente alrededor del tiburón. También probaron escamas de pescado, e incluyó superficies planas sin textura para comparar.

Después de estudiar todas las texturas de cerca, the researchers made molds of them in silicone and cast plastic replicas. To emulate the waxy coating on the rice leaves and the slippery coating on shark skin (which in nature is actually mucous), they covered all the surfaces with a special coating consisting of nanoparticles.

En una prueba, they lined plastic pipes with the different coated textures and pushed water through them. The resulting water pressure drop in the pipe was an indication of fluid flow.

For a pipe about the size of a cocktail straw, a thin lining of shark skin texture coated with nanoparticles reduced water pressure drop by 29 percent compared to the non-coated surface. The coated rice leaf came in second, with 26 percent, and the butterfly wing came in third with around 15 percent.

Then they dusted the textures with silicon carbide powder – a common industrial powder that resembles natural dirt – and tested how easy the surfaces were to clean. They held the samples at a 45-degree angle and dripped water over them from a syringe for two minutes, so that about two tablespoons of water washed over them in total. Using software, they counted the number of silicon carbide particles on each texture before and after washing.

The shark skin came out the cleanest, with 98 percent of the particles washing off during the test. Next came the rice leaf, with 95 percent, and the butterfly wing with about 85 percent washing off. En comparación, only 70 percent washed off of the flat surface.

Bushan thinks that the rice leaf texture might be especially suited to helping fluid move more efficiently through pipes, such as channels in micro-devices or oil pipelines.

As to the Blue Morpho's beautiful wings, their ability to keep the butterfly clean and dry suggests to him that the clapboard roof texture might suit medical equipment, where it could prevent the growth of bacteria.