Naturaleza, en este caso plantas de jarra, demuestra ser la inspiración de la ciencia una vez más. Los científicos han estado estudiando las plantas carnívoras, con la esperanza de reproducir sus superficies resbaladizas. iStockphoto / Thinkstock "Suponga una superficie completamente sin fricción". ¿Cuántas veces vimos esa declaración en nuestra clase de física de la escuela secundaria? ¿Y cuántas veces nos preguntamos por qué nuestros profesores estaban tan ansiosos por que viviéramos en un mundo de fantasía? Ahora, gracias a un grupo de científicos conocido como tribólogos , la perspectiva de eliminar la fricción entre dos superficies que interactúan se está convirtiendo rápidamente en una realidad.
Se está haciendo de formas interesantes también. Por ejemplo, un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard estudió las hojas de la planta carnívora jarra, que presentan crestas microscópicas que atrapan una capa de néctar líquido entre ellas. La superficie es tan resbaladiza que los insectos que aterrizan en las hojas se deslizan y caen en lo profundo, bolsas en forma de jarra, donde las enzimas los devoran. De vuelta en el laboratorio los investigadores duplicaron la pendiente resbaladiza de la planta de jarra creando una red aleatoria de nanopostes repelentes al agua y nanofibras recubiertas de teflón y luego sumergiéndolas en un líquido rico en flúor. El líquido formó una capa entre las nanoestructuras, evitando que el agua y otros materiales fluyan entre ellos y creando una superficie casi antiadherente.
¿Qué pueden hacer las superficies sin fricción por usted? Bien, todos hemos volteado algunos huevos en sartenes antiadherentes, pero eso es solo la punta de un iceberg súper resbaladizo.
¡Biopelícula de arena! Imagen cortesía de Lewis Lab en Northeastern University. Imagen creada por Anthony D'Onofrio, William H. Fowle, Eric J. Stewart y Kim Lewis. Biofilms - tapices de microbios como bacterias u hongos que crecen adheridos a un sustrato sólido - causan muchos problemas a los proveedores de atención médica. Según los Institutos Nacionales de Salud, La formación de biopelículas representa el 65 por ciento de todas las infecciones microbianas humanas [fuente:Ames]. Puede pensar que una limpieza meticulosa es la respuesta al problema, pero las biopelículas resisten obstinadamente el restregado. También tienden a ignorar los efectos de los antibióticos. La mejor solución consiste en evitar que las bacterias se adhieran a un sustrato en primer lugar. Hola, superficie sin fricción!
Una biopelícula comienza su vida cuando unos pocos microorganismos despreocupados pasan por una encimera o un instrumento quirúrgico y se pegan, ya sea por medio de moléculas de adhesión pegajosas o estructuras conocidas como pili . Una vez adjunto, este pequeño grupo de células segrega una sustancia polimérica extracelular , o EPS , que actúa como cemento para mantener las células - y su progenie - permanentemente en su lugar. Pero si puede interrumpir el proceso de apego, puede detener la formación de la biopelícula.
Eso es exactamente lo que ha hecho un equipo de científicos de la Universidad de Nottingham en el Reino Unido. Recubriendo superficies de laboratorio y dispositivos médicos como catéteres con un polímero de acrilato similar a los utilizados en la industria del plástico, los investigadores pudieron evitar que los pioneros de las bacterias se apoderaran de ellos. El resultado:encontraron una reducción del 97 por ciento en la cobertura del Staphylococcus aureus bacteria [fuente:Ames].
Tu mundo de condimentos está a punto de ser sacudido compañero. Stock libre de TI / Thinkstock En los 1970s, Heinz construyó una campaña publicitaria completa en torno a su salsa de tomate que no daña la fricción. La campaña tomó prestado el éxito de Carly Simon "Anticipation" y ensalzó las virtudes de un "sabor que vale la pena esperar".
Aparentemente, la industria del servicio de alimentos no cree que valga la pena esperar por el desperdicio. Salsa de tomate, mostaza, la mayonesa y la salsa barbacoa que no se pueden extraer de las botellas significan una pérdida de ingresos para los propietarios de restaurantes y las familias que intentan estirar sus presupuestos de comestibles. Aproximadamente 1 millón de libras (453, 592 kilogramos) de salsas y aderezos pegados se tiran cada año en todo el mundo, según el Grupo de Investigación de Varanasi, un equipo de ingenieros mecánicos y nanotecnólogos del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Luego está el problema de la gran tapa que se requiere para sacar los condimentos de las botellas exprimibles. Eliminar la necesidad de una tapa tan grande reduciría la cantidad de plástico que entra en una sola botella, que podría mantener 25, 000 toneladas de productos derivados del petróleo del flujo de residuos cada año [fuente:LiquiGlide].
El mismo equipo del MIT loco por los condimentos tiene una solución:cubrir el interior de las botellas con un material único que evita el ketchup, mayonesa o cualquier otro tipo de salsa se pegue a la superficie. La mayoría de los recubrimientos similares contienen nanolubricantes que quizás no desee ingerir, pero la gente de Cambridge desarrolló un material apto para alimentos que, según dicen, es completamente insípido y no tóxico. Ellos lo llaman LiquiGlide y describirlo como un "líquido estructurado", rígido como un sólido, pero resbaladizo como un líquido. Unte el interior de una botella de condimentos con LiquiGlide, y el contenido se desliza como, bien, caca de un ganso.
El submarino USS Chicago Class Attack de Los Ángeles (SSN 721) completa una maniobra de entrenamiento frente a la costa de Malasia en julio de 2001. De alguna manera te hace darte cuenta de cómo la fricción podría ser una fuerza formidable para una bestia como esa. Imagen cortesía de la Marina de los EE. UU. / Fotógrafo de primera clase Kevin H. Tierney Los ingenieros se han obsesionado con el diseño de submarinos durante más de 200 años, pero no han podido eliminar uno de sus problemas más molestos: arrastre de fricción , una fuerza que se opone al movimiento hacia adelante cuando el agua se pega a la superficie del casco exterior. Según algunas estimaciones, esta "fricción de la piel" representa aproximadamente el 65 por ciento del arrastre de los submarinos [fuente:Pike].
¿Una solución? Un sistema de expulsión de polímero. En tal sistema, El polímero se almacena en un tanque y luego se expulsa a través de una serie de puertos a medida que el submarino se mueve. El polímero fluye sobre la superficie y reduce la interacción de las moléculas de agua con la superficie. Desafortunadamente, el sistema también aumenta el peso de la embarcación.
Ahora los científicos pueden tener un truco mejor:cubrir los submarinos con una superficie antiadherente hecha de una nanotecnología revolucionaria. El material no parece extraordinariamente especial a simple vista. Pero si lo miras bajo un microscopio, ves que contiene agujas diminutas espaciadas solo un par de millonésimas de metro. Las agujas descansan como una capa de hierba, sobre una superficie de teflón. Cuando el agua golpea el material, encuentra aire atrapado en los espacios entre las agujas. Y esto hace que el material sea extremadamente resbaladizo:un 99 por ciento menos pegajoso que una superficie normal de teflón sin las agujas de tamaño nanométrico [fuente:BBC News].
Los submarinos recubiertos con nanotecnología tendrían mucha menos resistencia a la fricción y requerirían menos combustible para propulsarlos. Y, sí, una gabardina hecha del mismo material te protegería mucho mejor que la gabardina London Fog más cara.
Un descongelador quita la nieve de un KC-135 Stratotanker antes de que despegue de la Base Aérea de Manas, Kirguistán, con destino a Afganistán. Imagen cortesía de U.S. Air Force / Tech. Sargento. Matthew McLean Las alas de los aviones proporcionan una cantidad significativa de sustentación, siempre que mantengan su forma de fábrica. Cubra un ala incluso con una fina capa de nieve o hielo, sin embargo, e interrumpes su capacidad para mantener un avión en el aire. De hecho, según algunas estimaciones, la acumulación de hielo puede reducir la sustentación hasta en un 25 por ciento, razón por la cual las tripulaciones de tierra y de vuelo se preocupan tanto por el deshielo durante los viajes aéreos en invierno [fuente:Kaydee].
El método probado y verdadero para eliminar el hielo implica una estrategia de tres pasos. Durante el primer paso, deshielo Los equipos de tierra del aeropuerto rocían una solución caliente de glicol y agua en las alas de un avión. Esto derrite el hielo existente, pero hace poco para evitar que se forme hielo nuevo. Lograr esto requiere un paso antihielo y un segundo tipo de fluido, que contiene más glicol y un aditivo adicional para que se adhiera a la superficie del ala durante el despegue. Una vez que un avión alcanza su altitud de crucero, los líquidos se vuelven menos efectivos en la lucha contra las precipitaciones heladas. Los pilotos de jet resuelven el problema al desviar algo de calor de los motores a las tuberías de las alas. Los pilotos de aviones propulsados por hélice dependen de botas de goma que se inflan y desinflan para eliminar el hielo de las alas y la cola.
Pero, ¿qué pasaría si pudieras construir un avión con una superficie tan lisa que el hielo no se formara en primer lugar? Varios tipos de nanotecnología pronto harán que esto sea una realidad. Los científicos de GE Global Research han desarrollado un nanotexturizado, Recubrimiento superhidrofóbico (o repelente al agua) que reduce drásticamente la adherencia del hielo en la superficie de las alas. Y un equipo de la Universidad Estatal de Carolina del Norte está experimentando con un polímero antiadherente que funciona junto con un sustrato elástico. El polímero se aplica al sustrato cuando el material elástico se estira ligeramente. Cuando se alivia la tensión, el sustrato junta las moléculas de polímero en una configuración superdensa. Las alas de los aviones recubiertas con polímeros sin fricción resisten ser recubiertas por cualquier cosa, incluso hielo.
La estación de metro de Times Square en 1974 atestigua lo que ha sido un problema de décadas para innumerables ciudades. Erik Calonius / Archivos Nacionales Es poco probable que los grafiteros aparezcan en la lista de los diez fugitivos más buscados del FBI, pero las ciudades y los municipios se toman muy en serio este tipo particular de vandalismo. Chicago gastó $ 4.1 millones en 2012 en su programa anti-graffiti y, en 2011, eliminado 137, 459 ejemplos de obras de arte pintadas con aerosol de puentes, edificios y letreros [fuente:Novak]. En los angeles, el problema, y el presupuesto necesario para abordarlo, es aún mayor. Eso es mucho dinero y mano de obra que podría destinarse a otros servicios sociales y programas de la ciudad.
Los equipos de limpieza de grafitis utilizan una variedad de técnicas para limpiar con esponja las obras de arte ilícitas:eliminación de productos químicos y lavado a presión. Desafortunadamente, algunos de estos métodos pueden producir una monstruosidad mayor que el propio vandalismo. Entra en la pared que repele el grafiti, que cuenta con un material antiadherente que resiste la adhesión de la pintura o hace que la eliminación sea mucho más fácil porque la pintura no interactúa con la superficie protegida. Los científicos han creado uno de esos materiales para imitar las hojas de la flor de loto. La superficie de estas hojas tiene una intrincada serie de crestas microscópicas recubiertas de cera. Las crestas atrapan el aire entre ellos y, como resultado, el agua que cae sobre la hoja forma gotas individuales que simplemente se caen. Una pared o un letrero revestido con un material de este tipo, una nanoestructura construida en el laboratorio pero inspirada en la naturaleza, frustraría a los artistas del graffiti y probablemente haría que los alcaldes de la ciudad fueran muy, muy feliz.
Estoy bastante seguro de que puede encontrar mejores cosas que hacer con su tiempo como ir al patio de recreo. ¡Vamos coches autolimpiantes! iStockphoto / Thinkstock A algunas personas les encanta lavar sus autos, pero muchas personas agradecerían tener el aspecto de recién salido de la sala de exposición sin todo el esfuerzo. Y no olvide el impacto medioambiental del lavado de coches, que drena las reservas de agua y derrama contaminantes en humedales en peligro de extinción. Si tan solo nuestros autos se limpiaran solos.
Gracias a algunos investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos, podemos estar más cerca de un Prius perpetuamente pulido. Los científicos no inventaron una nanotecnología nueva. En lugar de, tomaron un producto resistente al agua existente, ya en uso en algunos vehículos, y lo hizo mejor. El revestimiento original funcionó porque venía incrustado con nanocápsulas en su superficie. Esas diminutas cápsulas repelían el agua y contenían agentes de limpieza o gotas de pintura de modo que cuando se rompían, decir por un rasguño de tecla, liberaron su contenido y "curaron" la mancha. Desafortunadamente, las cápsulas tenían una vida útil limitada. Para extender las propiedades autolimpiantes / curativas del recubrimiento, los científicos holandeses han rediseñado su nanoestructura para que las cápsulas residan en tallos. Cuando se altera una combinación de cápsula / tallo, otro tallo subyacente se eleva y se orienta en la superficie para restaurar el acabado de fábrica.
Los automóviles equipados con este nuevo revestimiento requerirán poco más que una buena lluvia para eliminar la suciedad y la mugre. Y los excrementos de pájaros que salpican la puerta o el capó pueden ser cosa del pasado.
Hasta que la casa del futuro esté aquí ocasionalmente puedes encontrar a este tipo en tu baño. Te dejaremos decidir si eso es bueno o malo. iStockphoto / Thinkstock Los minoristas no son las únicas personas que esperan con ansias el día después del Día de Acción de Gracias. Aparentemente, a los fontaneros también les encanta el Black Friday, cuales, según al menos una fuente, es el mejor momento para las tuberías obstruidas en el baño y la cocina [fuente:Henkenius]. Si bien esa peculiar relación parece un poco misteriosa (aunque estamos seguros de que el tío Fred tiene algo que ver con eso), el cómo y el por qué de los zuecos se conocen desde hace años. Comienzan cuando una pequeña cantidad de escombros se adhiere al interior de una tubería y luego actúa como un núcleo sobre el cual se acumula otro material. Por ejemplo, si vacía la grasa en el fregadero de la cocina, la grasa se adhiere a los lados de la tubería y las partículas de comida se adhieren a la grasa. A medida que la obstrucción crece con el tiempo, el agua retrocede detrás del bloqueo.
En la casa del futuro todas las tuberías estarán revestidas con un revestimiento sin fricción. Esto evitará que la suciedad se pegue y debería hacer que las obstrucciones sean prácticamente inexistentes. Muchas empresas comerciales ya han invertido en tecnología similar. Fabricantes de productos químicos, por ejemplo, comúnmente utilizan tubos revestidos con politetrafluoroetileno, o PTFE. Puede reconocer el PTFE por su nombre de marca más común:teflón, el mismo material que recubre sus ollas y sartenes antiadherentes. Cuando se utiliza en tuberías y tuberías, El PTFE evita las incrustaciones y las obstrucciones. También minimiza la resistencia a los fluidos, lo que hace que los entornos de fabricación sean mucho más eficientes.
Hasta que pueda tener tuberías revestidas de teflón en su casa, Puede que sea mejor enviar al tío Fred a hacer la maleta. O abastecerse de desatascador y limpiadores de desagües químicos.
El destructor de misiles guiados USS McCampbell (DDG 85) clase Arleigh Burke navega por el mar de Andaman en octubre de 2012. Librar al USS McCampbell y otros barcos de su clase de crustáceos de agua salada puede costarle a la Marina millones de dólares anuales. Imagen cortesía de la Marina de los EE. UU. / Especialista en comunicación de masas de 3a clase Justin A. Johndro A menos que tenga un barco de navegación, Probablemente no pierda mucho el sueño por los percebes. Pero para las marinas, puertos deportivos y barcos de pesca comercial, es una preocupación seria. Un estudio de 2011 realizado por investigadores de la Academia Naval de los Estados Unidos encontró que bioincrustación - ese es el término elegante que se usa para describir lo que sucede cuando los pequeños crustáceos de agua salada se adhieren a un casco o hélice y disminuyen la eficiencia de la embarcación - le cuesta a la Marina $ 56 millones por año o $ 1 mil millones durante 15 años [fuente:Schultz]. Y eso es solo para una clase de barcos:los destructores de misiles guiados clase Arleigh Burke.
La mayoría de esos costos implican un proceso de limpieza y pintura que existe desde hace siglos. Primero, el barco se coloca en dique seco, luego, los trabajadores raspan los percebes del casco y las palas de la hélice. Finalmente, tratan las superficies expuestas con pintura que contiene estaño o cobre. Los metales de la pintura son tóxicos para las larvas de percebes, impidiéndoles establecerse y encontrar un hogar permanente. Pero la pintura se desgasta con el tiempo lo que significa que los barcos deben limpiarse repetidamente durante su vida útil.
Afortunadamente, los científicos han descubierto lo que podría ser un enfoque mejor. Después de saber que los percebes prefieren superficies lisas, crearon un material microtexturizado que contiene picos y valles diminutos que varían en tamaño de 1 a 100 micrómetros. Luego, expusieron el material a agua de mar llena de percebes para medir la cantidad de unión que tuvo lugar. Descubrieron que cuando la topografía de la textura de la superficie permanecía en el rango de 30 a 45 micrómetros, El asentamiento y fijación de percebes se redujo en un 92 por ciento en comparación con las superficies lisas [fuente:Berntsson]. La investigación puede conducir al primer antiadherente, barco destructor de percebes del futuro.
Ew. Solo ew. Eso es todo lo que tenemos que decir sobre esta pared de goma de mascar. iStockphoto / Thinkstock Si eres un amante de las encías, especialmente uno que vive en la jungla de asfalto de cualquier ciudad importante, mastique esto:cada vez que escupe un trozo de material pegajoso en el suelo, terminas pagándolo en forma de impuestos más altos. Eso es correcto, raspar la goma de mascar desechada de las aceras y calles requiere productos químicos, limpiadores a vapor, lavadoras eléctricas y operadores para hacer el trabajo sucio. En Charleston, CAROLINA DEL SUR., la ciudad gasta $ 200 al mes solo para mantener tres postes de servicios públicos en su distrito City Market libres de tacos rebeldes. Y en Ocean City, Maryland., dos empleados de la ciudad pasan tres semanas cada otoño limpiando las aceras en un área de 14 cuadras cerca del malecón [fuente:Bryant]. No es un problema nuevo, cualquiera. En 1939, como parte de la campaña del alcalde La Guardia contra la goma de mascar, más de 20, Se quitaron 000 fajos de cosas pegajosas de un lugar en Times Square [fuente:Stead].
Una empresa de polímeros con sede en el Reino Unido, Revolymer, está trabajando para hacer que este problema en particular sea cosa del pasado. Sus científicos han creado un chicle revolucionario, Rev7, que se pueden quitar fácilmente de una variedad de superficies, incluyendo aceras pavimentadas, alfombras, textiles y confecciones. Para darle a Rev7 sus propiedades antiadherentes, la compañía agrega un químico a la base de goma que es tanto hidrófilo (amante del agua) como hidrófobo (que odia el agua o ama el aceite). La afinidad del polímero por el aceite hace que la goma de mascar sea suave y flexible, pero su atracción por el agua significa que la goma de mascar siempre tiene una película de agua a su alrededor, incluso cuando no está en la boca de alguien. Es esta película de agua la que permite que alguien pele Rev7 de cualquier superficie.
No es que esto te dé una excusa para escupir chicle donde y cuando quieras. Miss Manners sugiere que todo chicle, incluso el tipo sin fricción, deben eliminarse correctamente.
El LZR Racer en exhibición en el verano de 2008 Imagen cortesía de Kazuhisa Otsubo / Cytech (con licencia CC BY 2.0) ¿Quieres nadar como un tiburón? Entonces tienes que tener la piel de un tiburón. Eso parece imposible pero si te pones un mono de alta tecnología, como el LZR Racer de Speedo, entonces estás un paso más cerca. El traje utiliza paneles de poliuretano para atrapar el aire y comprimir el cuerpo para aumentar la flotabilidad del traje y reducir la resistencia. Pero eso es solo el comienzo. La tela del LZR Racer está recubierta con nanopartículas hidrófobas que realmente repelen el agua y disminuyen la fricción a lo largo del cuerpo del nadador. Después de que se introdujeran estos monos justo antes de los Juegos Olímpicos de 2000 en Sydney, Australia, los nadadores competitivos batieron muchos récords mundiales, lo que llevó a su eventual prohibición en los Juegos Olímpicos de Londres 2012 [fuente:Dorey].
Finalmente, incluso mejores trajes pueden ser posibles, y pueden parecerse cada vez más a escamas de tiburón reales, que están acanalados con ranuras longitudinales. Esta superficie rugosa reduce la formación de remolinos a lo largo del cuerpo de un tiburón nadando, permitiéndoles deslizarse por el agua como un misil casi sin fricción. Speedo continúa experimentando con texturas inspiradas en tiburones para avanzar en el diseño de sus trajes de baño, incluso si los atletas olímpicos nunca podrán usarlos en la competencia. Eso no debería detenerte sin embargo, de deslizarse en una segunda piel y acabar con la competencia en la piscina local.
Recuerde a Clark W. Griswold de "Christmas Vacation" de National Lampoon:"Este es el nuevo producto no calórico, lubricante de cocina a base de silicona en el que mi empresa ha estado trabajando. Crea una superficie 500 veces más resbaladiza que cualquier aceite de cocina ". Clark frota el lubricante en su trineo platillo y procede a descender como un cohete por una colina nevada como un idiota salido del infierno. Estábamos buscando algo similar, aunque un poco menos loco, soluciones para completar este artículo.
