Ogni giorno, più di 141 miliardi di litri d'acqua vengono utilizzati esclusivamente per lo sciacquone. Con milioni di cittadini globali che soffrono di scarsità d'acqua, e se tale importo potesse essere ridotto del 50%?

La possibilità può esistere attraverso la ricerca condotta presso Penn State, rilasciato oggi (18 novembre) in Sostenibilità della natura .

"Il nostro team ha sviluppato un robusto bio-ispirato, liquido, rivestimento repellente ai fanghi e ai batteri che può essenzialmente rendere un wc autopulente, " disse Tak-Sing Wong, Wormley Early Career Professor of Engineering e professore associato di ingegneria meccanica e ingegneria biomedica.

Nel Laboratorio Wong per l'ingegneria ispirata dalla natura, ospitato all'interno del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e dell'Istituto di Ricerca sui Materiali, i ricercatori hanno sviluppato un metodo che riduce drasticamente la quantità di acqua necessaria per tirare lo sciacquone di una toilette convenzionale, che di solito richiede 6 litri.

Co-sviluppato da Jing Wang, un laureato del laboratorio di Wong, il rivestimento a superficie liscia trincerata (LESS) è uno spray in due fasi che, tra le altre applicazioni, può essere applicato a un water in ceramica. Il primo spruzzo, creato da polimeri innestati molecolarmente, è il primo passo per costruire un fondotinta estremamente liscio e idrorepellente.

"Quando si asciuga, il primo spruzzo fa crescere molecole che sembrano piccoli peli, con un diametro di circa 1, 000, 000 volte più magro di quello di un essere umano, "Ha detto Wang.

Mentre questa prima applicazione crea una superficie estremamente liscia così com'è, il secondo spray infonde un sottile strato di lubrificante attorno a quei "peli" nanoscopici per creare una superficie super scivolosa.

"Quando mettiamo quel rivestimento su una toilette in laboratorio e ci versiamo sopra materiale fecale sintetico, esso (la materia fecale sintetica) scivola completamente verso il basso e nulla si attacca ad esso (il gabinetto), "Ha detto Wang.

Con questa nuova superficie scivolosa, i servizi igienici possono pulire efficacemente i residui dall'interno della tazza e smaltire i rifiuti con solo una frazione dell'acqua precedentemente necessaria. I ricercatori prevedono anche che il rivestimento potrebbe durare per circa 500 risciacqui in una toilette convenzionale prima che sia necessaria una riapplicazione dello strato di lubrificante.

Mentre altre superfici scivolose infuse di liquido possono richiedere ore per polimerizzare, il rivestimento in due fasi LESS richiede meno di cinque minuti. Gli esperimenti del ricercatore hanno anche scoperto che la superficie respingeva efficacemente i batteri, in particolare quelli che diffondono malattie infettive e odori sgradevoli.

Se fosse ampiamente adottato negli Stati Uniti, potrebbe indirizzare risorse critiche verso altre importanti attività, alle zone colpite dalla siccità o alle regioni che soffrono di carenza idrica cronica, hanno detto i ricercatori.

Spinti da queste soluzioni umanitarie, i ricercatori sperano anche che il loro lavoro possa avere un impatto nel mondo in via di sviluppo. La tecnologia potrebbe essere utilizzata all'interno di servizi igienici senz'acqua, che sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo.

"La cacca che si attacca alla toilette non è solo spiacevole per gli utenti, ma presenta anche gravi problemi di salute, "Ha detto Wong.

Però, se una toilette o un orinatoio senz'acqua utilizzava il rivestimento LESS, il team prevede che questi tipi di dispositivi sarebbero più attraenti e più sicuri per un uso diffuso.

Per affrontare questi problemi sia negli Stati Uniti che nel mondo, Wong e i suoi collaboratori, Wang, Birgitt Boschitsch, e Nan Sun, tutti gli ex studenti di ingegneria meccanica, iniziato un'impresa di start-up.

Con il supporto di TechCelerator di Ben Franklin Technology Partners, la Fondazione Nazionale della Scienza, il Dipartimento dell'Energia, l'Ufficio di ricerca navale, il concorso per il business plan del riso e l'Y-Combinator, la loro compagnia, Materiali immacolati, sta già portando sul mercato il rivestimento LESS.

"Il nostro obiettivo è portare sul mercato una tecnologia di grande impatto in modo che tutti possano beneficiarne, " ha detto Wong. "Per massimizzare l'impatto della nostra tecnologia di rivestimento, dobbiamo tirarlo fuori dal laboratorio".

Guardare avanti, il team spera che SpotLESS Materials svolga un ruolo nel sostenere le risorse idriche mondiali e continui ad espandere la portata della sua tecnologia.

"Come ricercatore in un ambiente accademico, il mio obiettivo è inventare cose da cui tutti possano beneficiare, " ha detto Wong. "Come un Penn Stater, Vedo questa cultura amplificata attraverso l'imprenditorialità, e sono entusiasta di contribuire".