La naturaleza ha trabajado durante eones para perfeccionar las texturas superficiales que protegen, esconderse y ayudar a sobrevivir a todo tipo de criaturas.

Ahí está el brillante textura de dispersión de luz de alas de mariposa morfo azul, el aspero, la textura de la piel de tiburón que reduce el arrastre y la pegajosa, textura de pétalos de rosa que repele el agua.

Pero, ¿cómo utilizar esas texturas y propiedades naturales en el mundo de la ingeniería? ¿Podría el repelente al agua, ¿La textura ultrahidrofóbica de una planta de loto se aplica de alguna manera al ala de un avión como un dispositivo antihielo? Los intentos anteriores han involucrado el moldeo de polímeros y otros materiales blandos, o grabar patrones en materiales duros que carecían de precisión y dependían de equipos costosos. Pero, ¿qué hay de hacer económicos bioestructuras metálicas moldeadas?

Martin Thuo de la Universidad Estatal de Iowa y los estudiantes de su grupo de investigación han encontrado un camino en su búsqueda de "ciencia / innovación frugal, "lo que él describe como" la capacidad de minimizar el costo y la complejidad al tiempo que brinda soluciones eficientes para mejorar las condiciones humanas ".

Para este proyecto, están tomando su desarrollo previo de partículas metálicas líquidas y las están usando para hacer versiones metálicas perfectamente moldeadas de superficies naturales, incluyendo un pétalo de rosa. Pueden hacerlo sin calor ni presión, y sin dañar un pétalo.

Describen la tecnología a la que llaman BIOMAP en un artículo publicado recientemente en línea por Angewandte Chemie , una revista de la Sociedad Química Alemana. Thuo, un profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales con un nombramiento de cortesía en ingeniería eléctrica e informática, es el autor correspondiente. Los coautores son todos estudiantes del estado de Iowa en ciencia e ingeniería de materiales:Julia Chang, Andrew Martin y Chuanshen Du, estudiantes de doctorado; y Alana Pauls, un estudiante universitario.

El estado de Iowa apoyó el proyecto con regalías de propiedad intelectual generadas por Thuo.

"Este proyecto surge de la observación de que la naturaleza tiene muchas cosas hermosas que hace, "Dijo Thuo." La planta de loto, por ejemplo, vive en el agua pero no se moja. Nos gustan esas estructuras pero solo hemos podido imitarlos con materiales blandos, queríamos usar metal ".

La clave de la tecnología son las partículas a microescala de metal líquido subenfriado, desarrollado originalmente para soldadura sin calor. Las partículas se crean cuando pequeñas gotas de metal (en este caso, el metal de Field, una aleación de bismuto, indio y estaño), están expuestos al oxígeno y recubiertos con una capa de oxidación, atrapando el metal en el interior en un estado líquido, incluso a temperatura ambiente.

El proceso BIOMAP utiliza partículas de diferentes tamaños, todos ellos de apenas unas millonésimas de metro de diámetro. Las partículas se aplican a una superficie, cubriéndolo y ajustando todas las hendiduras, huecos y patrones a través de los procesos autónomos de autofiltración, presión capilar y evaporación.

Un disparador químico une y solidifica las partículas entre sí y no a la superficie. Eso permite que se levanten réplicas metálicas sólidas, creando un relieve negativo de la textura de la superficie. Los relieves positivos se pueden hacer usando la réplica inversa para crear un molde y luego repitiendo el proceso BIOMAP.

"Lo levantas, Se ve exactamente igual, "Thuo dijo, notando que los ingenieros podían identificar diferentes cultivares o rosas a través de sutiles diferencias en las réplicas metálicas de sus texturas.

En tono rimbombante, las réplicas mantuvieron las propiedades físicas de las superficies, al igual que en la litografía blanda a base de elastómero.

"La estructura de metal mantiene esas propiedades ultrahidrofóbicas, exactamente como una planta de loto o un pétalo de rosa, "Dijo Thuo." Pon una gota de agua en un pétalo de rosa de metal, y la gota se pega, pero en una hoja de loto de metal simplemente fluye ".

Esas propiedades podrían aplicarse a las alas de los aviones para un mejor deshielo o para mejorar la transferencia de calor en los sistemas de aire acondicionado. Dijo Thuo.

Así es como una pequeña innovación frugal "puede moldear las delicadas estructuras de un pétalo de rosa en una sólida estructura de metal, ", Dijo Thuo." Este es un método que esperamos que conduzca a nuevos enfoques para hacer superficies metálicas que sean hidrofóbicas basadas en la estructura y no en los recubrimientos del metal ".