Qualche volta, le gocce di liquido non cadono. Anziché, si arrampicano. Utilizzando simulazioni al computer, i ricercatori hanno ora mostrato come indurre le goccioline a salire le scale da sole.

Questo comportamento di salita delle scale potrebbe essere utile in tutto, dal trattamento dell'acqua e nuovi dispositivi microfluidici lab-on-a-chip, all'elaborazione biochimica e agli strumenti di diagnostica medica. I ricercatori, dell'Indian Institute of Technology di Roorkee, India, e la York University di Toronto, descrivere le loro scoperte questa settimana nel diario Fisica dei fluidi .

Per far salire le goccioline, questa nuova ricerca rivela che hai bisogno di una scala la cui superficie aderisca più facilmente a ogni goccia a ogni gradino. Una superficie su cui una goccia si attacca facilmente ha quella che viene chiamata un'elevata bagnabilità, facendo sì che la goccia si allarghi e si appiattisca. Su una superficie a bassa bagnabilità, però, la goccia rimarrebbe più sferica, come gocce di pioggia che scendono su una giacca impermeabile.

I ricercatori hanno precedentemente utilizzato un gradiente di bagnabilità crescente per indurre le goccioline a spostarsi su una superficie piana e persino a salire su un pendio. Una goccia d'acqua, Per esempio, è più attratto da una superficie idrofila con la sua maggiore bagnabilità, quindi un pendio caratterizzato da una superficie idrofila crescente man mano che sale può "tirare" una goccia verso l'alto.

Le superfici reali non sono mai perfettamente lisce, però; su scale abbastanza piccole, una superficie alla fine appare ruvida. Una pendenza a queste scale è in realtà una scala microscopica. "La maggior parte delle superfici sono strutturate, e la mobilità di una goccia su tali superfici richiedono di salire le scale, ", ha affermato Arup Kumar Das di IIT Roorkee.

Per esplorare come una goccia potrebbe salire i gradini, e quindi se questa tecnica può funzionare su più applicazioni di superficie del mondo reale, i ricercatori hanno simulato la fisica di goccioline di dimensioni microlitri su scale con un gradiente di bagnabilità.

Queste goccioline sono più larghe della lunghezza di ogni passo, quindi il loro lato anteriore è su un gradino più alto con una superficie più bagnabile, rispetto al lato posteriore. La parte anteriore della goccia si diffonde così di più, formando un più piccolo, angolo più piatto con la superficie.

La differenza di angoli tra la parte anteriore e quella posteriore delle goccioline rampicanti fa sì che il liquido all'interno della gocciolina circoli. Quando il bordo anteriore della goccia raggiunge il passaggio successivo, la circolazione spinge la goccia in avanti, riversandosi sul prossimo gradino più alto, e il processo si ripete.

Se la gocciolina ha una forza sufficiente per vincere la gravità dipende dalle dimensioni della gocciolina, la ripidità dei gradini e le differenze di bagnabilità. Generalmente, una goccia più grande è migliore per salire le scale, e per gradini più ripidi, ci deve essere un gradiente di bagnabilità più alto.

I ricercatori stanno ora lavorando su esperimenti per confermare i risultati della simulazione.

Molti altri metodi per controllare le goccioline si basano su forze esterne come variazioni di temperatura, e campi elettrici e magnetici. Ma, Das ha spiegato, questi metodi sono spesso impegnativi e complessi. Il nuovo studio mostra che approcci passivi come la bagnabilità potrebbero essere più efficienti. "Passivo significa [noi] possiamo manipolare una goccia anche per salire le scale in modo sostenibile senza usare una forza esterna, " Egli ha detto.