Algunas veces, las gotas de líquido no caen. En lugar de, ellos escalan. Usando simulaciones por computadora, Los investigadores ahora han demostrado cómo inducir a las gotitas a subir escaleras por sí mismas.

Este comportamiento de subir escaleras podría ser útil en todo, desde el tratamiento de agua y los nuevos dispositivos de microfluidos de laboratorio en un chip, al procesamiento bioquímico y herramientas de diagnóstico médico. Los investigadores, del Instituto Indio de Tecnología en Roorkee, India, y la Universidad de York en Toronto, describir sus hallazgos esta semana en la revista Física de fluidos .

Para conseguir que las gotitas trepen, esta nueva investigación revela que necesita una escalera cuya superficie se adhiera más fácilmente a cada gota con cada escalón. Una superficie en la que una gota se adhiere fácilmente tiene lo que se llama una alta humectabilidad, haciendo que la gota se extienda y se aplaste. Sobre una superficie de baja humectabilidad, sin embargo, la gota se quedaría más esférica, como gotas de lluvia sobre una chaqueta impermeable.

Los investigadores han utilizado previamente un gradiente de humectabilidad creciente para hacer que las gotas se muevan a través de una superficie plana e incluso que suban una pendiente. Una gota de agua por ejemplo, se siente más atraído por una superficie hidrófila con su mayor humectabilidad, por lo que una pendiente que presenta una superficie hidrófila en aumento a medida que se eleva puede "tirar" de una gota cuesta arriba.

Las superficies reales nunca son perfectamente lisas, sin embargo; a escalas suficientemente pequeñas, una superficie finalmente parece rugosa. Una pendiente a estas escalas es en realidad una escalera microscópica. "La mayoría de las superficies tienen textura, y la movilidad de una gota sobre tales superficies requiere subir escaleras, "dijo Arup Kumar Das de IIT Roorkee.

Para explorar cómo una gota podría subir escalones y, por lo tanto, si esta técnica puede funcionar en más aplicaciones de superficie del mundo real, los investigadores simularon la física de gotas del tamaño de un microlitro en escaleras con un gradiente de humectabilidad.

Estas gotas son más anchas que la longitud de cada paso, por lo que su lado delantero está en un escalón más alto con una superficie más humectable, que el lado final. La parte frontal de la gota se extiende más, formando un más pequeño, ángulo más plano con la superficie.

La diferencia de ángulos entre la parte delantera y trasera de las gotitas trepadoras hace que circule el líquido dentro de la gotita. Cuando el borde de ataque de la gota alcanza el siguiente paso, la circulación impulsa la gota hacia adelante, derramándose sobre el siguiente escalón superior, y el proceso se repite.

Si la gota tiene la fuerza suficiente para vencer la gravedad depende del tamaño de la gota, la pendiente de los escalones y las diferencias de humectabilidad. En general, una gota más grande es mejor para subir escaleras, y por escalones más empinados, debe haber un gradiente de humectabilidad más alto.

Los investigadores ahora están trabajando en experimentos para confirmar los resultados de la simulación.

Muchos otros métodos para controlar las gotas dependen de fuerzas externas como variaciones de temperatura, y campos eléctricos y magnéticos. Pero, Das explicó, esos métodos suelen ser desafiantes y complejos. El nuevo estudio muestra que los enfoques pasivos como la humectabilidad podrían ser más eficientes. "Pasivo significa que [nosotros] podemos manipular una gota para incluso subir escaleras de manera sostenible sin usar una fuerza externa, " él dijo.