Craig Zuhlke (a sinistra), un professore assistente di ricerca, e Aaron Ediger, un assistente di ricerca laureato, guarda come un laser modifica un piccolo campione di metallo. La ricerca, guidato da Dennis Alexander del Nebraska, sta modificando le superfici metalliche per imitare le proprietà biologiche, compresa la pelle di squalo. La ricerca è utilizzata principalmente per scopi di difesa e industriali. Credito:Troy Fedderson | Comunicazione universitaria
Affinato da 450 milioni di anni di evoluzione, La pelle di squalo offre un design quasi perfetto per scivolare senza sforzo nell'acqua.
Un team di ricerca dell'Università del Nebraska-Lincoln guidato da Dennis Alexander sta lavorando per tradurre questo vantaggio evolutivo, e altri creati da Madre Natura, su superfici metalliche. In definitiva, il lavoro darà al metallo le stesse proprietà uniche, permettendogli di essere utilizzato per scopi di difesa e industriali.
"Le nostre strutture sono molto importanti per i militari, Boeing e NASA, " disse Alessandro, Kingery Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica. "Stiamo enfatizzando queste strutture utilizzando queste superfici in ambienti difficili, ma non c'è nessuna superficie metallica che non possiamo funzionalizzare."
Il suo team utilizza impulsi laser a esplosione estremamente breve, quelli della durata di minuscole frazioni di secondo, per alterare solo la frangia di una superficie metallica. Alterare l'angolo del laser e altri parametri crea superfici che imitano la natura.
Copiando la struttura microscopica della pelle di squalo sul metallo, il team di ricerca crea un super-idrofilo, o traspiranti, Materiale. Questa proprietà riduce la resistenza e potrebbe essere utilizzata per creare imbarcazioni sommergibili che viaggiano più lontano sott'acqua utilizzando meno energia.
Un campione di metallo modificato per imitare la pelle di squalo respinge l'acqua mentre viene posto in un bicchiere. Il metallo modificato potrebbe un giorno essere utilizzato per creare sommergibili in grado di viaggiare in modo più efficiente attraverso l'acqua. Credito:Troy Fedderson | Comunicazione universitaria
Le superfici create al laser del Nebraska migliorano anche il trasferimento di calore, una caratteristica importante in molti sistemi militari e commerciali.
Altre superfici naturali studiate dal team di Alexander includono petali di rosa, coleotteri e occhi di falena.
I petali di rosa sono super idrofobi, facendo scivolare via l'acqua piovana in perline. Come le loro controparti super-idrofile, le superfici super-idrofobiche riducono la resistenza. Le applicazioni includono forniture mediche che respingono i liquidi e non possono essere contaminate da sangue o altri fluidi, metalli antibatterici per sostituzione articolare, ridurre l'accumulo di ghiaccio sui semafori e sulle linee elettriche, e migliorare gli scambiatori di calore del condensatore, compresi quelli utilizzati per recuperare l'acqua nello spazio.
Goccioline d'acqua sfocate rotolano fuori da una sezione di filo utilizzata per trasmettere elettricità. Il laboratorio di Dennis Alexander sta portando avanti un progetto che modificherà i fili della linea elettrica in modo che respingano le precipitazioni. Il lavoro mostra risultati promettenti nella riduzione della formazione di ghiaccio sulle linee elettriche. Credito:Università del Nebraska-Lincoln
Il team di Alexander sta lavorando con la NASA per migliorare gli scambiatori di calore. Il lavoro ha il potenziale per far progredire i piani per i viaggi nello spazio profondo, comprese le missioni su Marte.
Gli esoscheletri dei coleotteri che vivono nelle regioni desertiche presentano superfici che, come la pelle di squalo, sono super idrofile. Quando le superfici metalliche che imitano i coleotteri sono poste vicine l'una all'altra, generano un'azione di assorbimento senza pompa che può attirare il fluido verso l'alto (vedi la gif animata sotto).
"Il concetto potrebbe essere utilizzato nei paesi (in via di sviluppo) per pompare acqua in superficie senza elettricità, " ha detto Alexander. "Fondamentalmente, è lo stesso modo in cui Madre Natura lo fa negli alberi e nelle piante".
Progettato per svolazzare di notte ed evitare il rilevamento da parte dei predatori, gli occhi di falena assorbono un ampio spettro di luce. Traducendo quelle proprietà superficiali sul metallo, il team crea un metallo antiriflesso che migliora l'efficienza del pannello solare e rende gli aerei stealth più difficili da tracciare.
