La natura ha lavorato per eoni per perfezionare le strutture superficiali che proteggono, nascondersi e aiutare in altro modo tutti i tipi di creature a sopravvivere.

C'è il lucido, trama a dispersione di luce di ali di farfalla morpho blu, il ruvido, texture riducente la resistenza della pelle di squalo e l'appiccicoso, ma idrorepellente trama di petali di rosa.

Ma come utilizzare quelle trame e proprietà naturali nel mondo ingegnerizzato? Potrebbe l'idrorepellenza, la trama ultraidrofobica di una pianta di loto può essere applicata in qualche modo all'ala di un aereo come dispositivo antigelo? Precedenti tentativi hanno coinvolto polimeri di stampaggio e altri materiali morbidi, o modelli di incisione su materiali duri che mancavano di accuratezza e facevano affidamento su attrezzature costose. Ma che dire di fare poco, biostrutture metalliche modellate?

Martin Thuo della Iowa State University e gli studenti del suo gruppo di ricerca hanno trovato un modo nella loro ricerca di "scienza/innovazione frugale, " quella che descrive come "la capacità di ridurre al minimo i costi e la complessità fornendo soluzioni efficienti per migliorare le condizioni umane".

Per questo progetto, stanno prendendo il loro precedente sviluppo di particelle metalliche liquide e le usano per creare versioni metalliche perfettamente modellate di superfici naturali, compreso un petalo di rosa. Possono farlo senza calore o pressione, e senza danneggiare un petalo.

Descrivono la tecnologia che chiamano BIOMAP in un articolo recentemente pubblicato online da Angewandte Chemie , una rivista della Società Chimica Tedesca. Tuo, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali con incarico di cortesia in ingegneria elettrica e informatica, è l'autore corrispondente. I coautori sono tutti studenti dell'Iowa State in scienze dei materiali e ingegneria:Julia Chang, Andrew Martin e Chuanshen Du, dottorandi; e Alana Pauls, uno studente universitario.

Iowa State ha sostenuto il progetto con royalties sulla proprietà intellettuale generate da Thuo.

"Questo progetto nasce dall'osservazione che la natura ha molte cose belle che fa, " disse Thuo. "La pianta di loto, Per esempio, vive nell'acqua ma non si bagna. Ci piacciono quelle strutture, ma siamo stati in grado di imitarli solo con materiali morbidi, volevamo usare il metallo."

La chiave della tecnologia sono particelle su microscala di metallo liquido sottoraffreddato, originariamente sviluppato per la saldatura senza calore. Le particelle vengono create quando minuscole goccioline di metallo (in questo caso il metallo di Field, una lega di bismuto, indio e stagno), sono esposti all'ossigeno e ricoperti da uno strato di ossidazione, intrappolando il metallo all'interno allo stato liquido, anche a temperatura ambiente.

Il processo BIOMAP utilizza particelle di varie dimensioni, tutti di pochi milionesimi di metro di diametro. Le particelle vengono applicate su una superficie, coprendolo e modellando tutte le fessure, lacune e modelli attraverso i processi autonomi di autofiltrazione, pressione capillare ed evaporazione.

Un trigger chimico unisce e solidifica le particelle tra loro e non in superficie. Ciò consente di sollevare repliche metalliche solide, creando un rilievo negativo della trama superficiale. I rilievi positivi possono essere realizzati utilizzando la replica inversa per creare uno stampo e quindi ripetendo il processo BIOMAP.

"Lo sollevi, sembra esattamente lo stesso, "Tuo ha detto, notando che gli ingegneri potevano identificare diverse cultivar o rose attraverso sottili differenze nelle repliche metalliche delle loro trame.

È importante sottolineare che le repliche mantenevano le proprietà fisiche delle superfici, proprio come nella litografia morbida a base di elastomeri.

"La struttura metallica mantiene quelle proprietà ultraidrofobiche, esattamente come una pianta di loto o un petalo di rosa, " disse Thuo. "Metti una goccia d'acqua su un petalo di rosa di metallo, e la goccia si attacca, ma su una foglia di loto di metallo scorre via."

Tali proprietà potrebbero essere applicate alle ali degli aeroplani per un migliore sbrinamento o per migliorare il trasferimento di calore nei sistemi di condizionamento dell'aria, disse Thuo.

Ecco come una piccola innovazione frugale "può plasmare le delicate strutture di un petalo di rosa in una solida struttura metallica, " Thuo ha detto. "Questo è un metodo che speriamo porti a nuovi approcci per realizzare superfici metalliche che siano idrofobiche in base alla struttura e non ai rivestimenti sul metallo".