Immagina di camminare da un lato all'altro di una piscina. Ogni passo richiede un grande sforzo:questo è ciò che rende l'aerobica in acqua un esercizio fisico così efficace.

La resistenza che senti è causata dall'attrito del fluido, o trascinamento, ed è la stessa forza che agisce sulle barche e altri oggetti mentre si muovono attraverso l'acqua. Però, le navi marittime si sono evolute in forme volte a ridurre al minimo la resistenza, e le navi sono progettate con potenti motori che superano la resistenza per spingerle più velocemente e più agevolmente attraverso l'oceano.

Più recentemente, le superfici super idrofobiche (SHS) hanno attirato l'attenzione degli scienziati che ne vedono il potenziale per ridurre l'attrito dei fluidi. Ma come ha osservato il professore di ingegneria meccanica della UC Santa Barbara Paolo Luzzatto-Fegiz, mentre la teoria di base di queste superfici è valida, le loro prestazioni nel mondo reale lasciano molto a desiderare.

Secondo Luzzatto-Fegiz, esperto di fluidodinamica, SHS combina la chimica idrorepellente con il patterning su microscala in un modo che riduce essenzialmente il contatto superficiale con l'acqua. Però, si sono rivelati nella migliore delle ipotesi inaffidabili, spesso funziona in modo irregolare o non funziona affatto.

E adesso, nella ricerca evidenziata nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Luzzatto-Fegiz e i suoi colleghi dell'Università di Cambridge e dell'Università di Manchester hanno identificato un motivo chiave.

Teoricamente, le superfici super idrofobe sono efficaci perché contengono minuscole sacche d'aria. L'aria è molto meno viscosa dell'acqua, Luzzatto-Fegiz ha osservato, quindi diminuendo la quantità di acqua che entra in contatto con la superficie diminuirà la resistenza risultante.

I vantaggi della riduzione della resistenza si ripercuotono direttamente sul risparmio di carburante:minore è l'attrito del fluido che subisce una nave, meno carburante è necessario per superare la resistenza. E poiché la resistenza aumenta con la velocità, più velocemente la nave si muove, più carburante richiede per contrastare la resistenza risultante.

Però, nel verificare l'ipotesi, che potrebbe, in teoria, mostrano una significativa riduzione della resistenza, i risultati di altri ricercatori spesso non hanno riscontrato alcuna riduzione, e in alcuni casi, dimostrato una performance leggermente peggiore.

Questo era il problema che faceva grattarsi la testa agli scienziati, finché a Luzzatto-Fegiz non venne in mente che la colpa poteva essere dei tensioattivi. Mentre i ricercatori prima di lui avevano identificato questa possibilità, lui e il suo team sono stati i primi a dimostrare il concetto. Secondo simulazioni numeriche ed esperimenti strettamente controllati, Luzzatto-Fegiz, e altri, hanno scoperto che anche piccole tracce di tensioattivi, composti che riducono la tensione superficiale, come il sapone, erano sufficienti a provocare uno squilibrio nel flusso d'acqua lungo la sua interfaccia con la superficie, con conseguente trascinamento.

Mistero risolto. Ma il problema può essere risolto?

"L'idea chiave è che nessun liquido è puro, " Ha detto Luzzatto-Fegiz. Oceani e fiumi contengono una moltitudine di tensioattivi naturali e artificiali. Ma potrebbe essere possibile progettare una via d'uscita dal problema cambiando il modello del SHS, Egli ha detto. Per esempio, creando scanalature più lunghe nel disegno allineate con il flusso dell'acqua, l'accumulo di tensioattivo che impedisce la riduzione della resistenza sulla superficie si accumula più in basso lungo la linea dell'interfaccia, riducendo parte della resistenza.

I risultati di questo esperimento potrebbero fornire preziose conoscenze a coloro che progettano navi oceaniche con un occhio all'efficienza del carburante. Soprattutto all'ombra delle imminenti normative che richiederanno alla flotta globale di navi mercantili di acquistare carburante più costoso ma più pulito, ridurre la resistenza potrebbe fare molto per contenere i costi per le navi che solcano gli oceani del mondo, oltre a ridurre i sottoprodotti inquinanti della combustione di combustibili fossili.

"Ridurre i tagli di resistenza al consumo di carburante e quindi alle emissioni, compresi i composti dello zolfo e la CO2, Ha detto Luzzatto-Fegiz.