Hacer estallar la parte superior de la pintura de la casa generalmente atrae a la gente a mirar dentro de la lata. Pero los investigadores de Princeton han mirado hacia arriba, a la parte inferior de la tapa, donde resulta que ese patrón de gotas podría inspirar nuevas formas de hacer estructuras microscópicamente pequeñas.

El truco consiste en controlar las gotas, que se forman bajo influencias competitivas como la gravedad y la tensión superficial. Un nuevo estudio publicado el 26 de octubre en la revista Comunicaciones de la naturaleza , explica cómo una comprensión más profunda de estos altamente dinámicos, a veces, se pueden aprovechar fuerzas inestables para fabricar objetos de forma rápida y económica que normalmente requieren un proceso más caro y que requiere más tiempo.

"Hemos eliminado los moldes, "dijo Pierre-Thomas Brun, profesor asistente de ingeniería química y biológica en Princeton e investigador principal del estudio. "No necesitamos una sala limpia ni ningún equipo sofisticado, para que los ingenieros tengan mucha más libertad en el proceso de diseño ".

Usando una silicona común en dispositivos médicos, el equipo vertió una fina película líquida sobre la superficie de un plato, aproximadamente del tamaño de un disco compacto, que luego voltearon boca abajo durante varios minutos mientras la película se curaba. Sin intervención, la silicona líquida se congela en una serie irregular de gotitas, muy parecida a la pintura debajo de una tapa. Pero al grabar la placa con precisión matemática, usando láseres para cortar las marcas, los investigadores "sembraron" las gotas en una red de hexágonos perfectos, cada uno con una dimensión uniforme.

"Gravity quiere tirar el fluido hacia abajo, "dijo Joel Marthelot, investigador asociado postdoctoral en Princeton y autor principal del artículo. "Las fuerzas capilares quieren que la superficie se deforme mínimamente. Por lo tanto, existe una competencia entre estas dos fuerzas, lo que da lugar a la escala de longitud de la estructura ".

Versiones más sofisticadas del experimento utilizaron una centrífuga en lugar de gravedad, lo que permitió al equipo variar el tamaño de las gotas con un rango indefinido. En lugar de platos, en esta versión utilizaron cilindros de plástico que parecen discos de hockey transparentes. El exceso de líquido se escurrió y dejó su patrón predecible de gotas curadas. La técnica trabajó hasta el límite de su maquinaria, que produjo una red de estructuras que eran cada una alrededor de 10 micrones, una fracción del ancho de un cabello humano. Las estructuras, que son prototipos, simular los tipos de lentes blandas que son comunes en los teléfonos inteligentes.

"Cuanto más rápido gira, cuanto más pequeñas son las gotas, "Marthelot dijo, señalando que podían hacer estructuras incluso más pequeñas de lo que habían logrado hasta ahora. "Realmente no conocemos el límite de nuestra técnica. Solo el límite de nuestra centrífuga".

Según Brun, Los ingenieros suelen considerar los tipos de inestabilidades mecánicas que causan este comportamiento como una especie de némesis. Son los umbrales físicos que determinan las cargas de peso o las capacidades caloríficas. "En este caso, " él dijo, "Aprovechamos algo que normalmente se considera malo. Lo domesticamos y lo hicimos funcional convirtiéndolo en un camino hacia la fabricación".

La técnica se puede expandir fácilmente a la fabricación a gran escala, dijeron los investigadores. A medida que evolucionan sus métodos, planean crear dispositivos biomiméticos, como una lente compuesta inflable que imita el ojo de un insecto, o robots blandos que se pueden utilizar en tecnologías médicas.

"Se puede imaginar una amplia gama de posibles aplicaciones futuras, "dijo Jörn Dunkel, profesor asociado de matemáticas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, "desde superficies reductoras de arrastre o superhidrófobas hasta microlentes y alfombras ciliares artificiales".