Schioccare la parte superiore della vernice della casa di solito attira le persone a guardare all'interno della lattina. Ma i ricercatori di Princeton hanno rivolto lo sguardo verso l'alto, alla parte inferiore del coperchio, dove si scopre che il modello di goccioline potrebbe ispirare nuovi modi per creare strutture microscopiche.

Il trucco sta nel controllare le goccioline, che si formano sotto influenze concorrenti come la gravità e la tensione superficiale. Un nuovo studio, pubblicato il 26 ottobre sulla rivista Comunicazioni sulla natura , spiega come una più profonda comprensione di questi altamente dinamici, a volte le forze instabili possono essere sfruttate per fabbricare in modo economico e rapido oggetti che normalmente richiedono un processo più costoso e dispendioso in termini di tempo.

"Abbiamo eliminato gli stampi, " disse Pierre-Thomas Brun, assistente professore di ingegneria chimica e biologica a Princeton e ricercatore principale per lo studio. "Non abbiamo bisogno di una camera pulita o di qualsiasi attrezzatura fantasiosa, così gli ingegneri hanno molta più libertà nel processo di progettazione."

Utilizzando un silicone comune nei dispositivi medici, il team ha versato un sottile film liquido sulla superficie di un piatto, delle dimensioni di un compact disc, che hanno poi capovolto per diversi minuti mentre il film si asciugava. Senza intervento, il silicone liquido si congela in una serie irregolare di goccioline, proprio come la vernice sotto un coperchio. Ma incidendo la lastra con precisione matematica, usando i laser per tagliare i segni, i ricercatori hanno "seminato" le goccioline in un reticolo di esagoni perfetti, ciascuno con una dimensione uniforme.

"La gravità vuole tirare giù il fluido, " disse Joel Marthelot, associato di ricerca post-dottorato a Princeton e autore principale del documento. "Le forze capillari vogliono che la superficie si deformi minimamente. Quindi c'è una competizione tra queste due forze, che dà origine alla scala di lunghezza della struttura."

Versioni più sofisticate dell'esperimento usavano una centrifuga al posto della gravità, che ha permesso alla squadra di variare la dimensione delle gocce con un raggio indefinito. Al posto dei piatti, in questa versione hanno usato cilindri di plastica che sembrano dischi da hockey trasparenti. Il fluido in eccesso si è staccato e ha lasciato il loro schema prevedibile di gocce polimerizzate. La tecnica lavorava fino al limite dei loro macchinari, che produceva un reticolo di strutture di circa 10 micron ciascuna, una frazione della larghezza di un capello umano. Le strutture, che sono prototipi, simulare i tipi di lenti morbide comuni negli smartphone.

"Più veloce gira, più piccole sono le gocce, "Marthelot ha detto, notando che potevano realizzare strutture anche più piccole di quelle che avevano realizzato finora. "Non conosciamo davvero il limite della nostra tecnica. Solo il limite della nostra centrifuga."

Secondo Brun, gli ingegneri di solito considerano i tipi di instabilità meccaniche che causano questo comportamento come una sorta di nemesi. Sono le soglie fisiche che determinano i carichi di peso o le capacità termiche. "In questo caso, " Egli ha detto, "abbiamo approfittato di qualcosa che normalmente è visto come cattivo. L'abbiamo addomesticato e reso funzionale trasformandolo in un percorso verso la fabbricazione".

La tecnica può essere facilmente estesa alla produzione su larga scala, hanno detto i ricercatori. Man mano che i loro metodi si evolvono, hanno in programma di creare dispositivi biomimetici, come una lente composta gonfiabile che imita l'occhio di un insetto, o robot morbidi che possono essere utilizzati nelle tecnologie mediche.

"Si può immaginare un'ampia gamma di potenziali applicazioni future, " ha detto Jörn Dunkel, professore associato di matematica al Massachusetts Institute of Technology, "dalle superfici che riducono l'attrito o superidrofobiche alle microlenti e ai tappeti ciliari artificiali".