Droni e altri velivoli spruzzano efficacemente pesticidi su miglia di colture, ma il metodo può anche inquinare l'ambiente se il vento porta la nebbia fuori bersaglio.

Uno dei problemi è che le goccioline minuscole sono difficili per gli atomizzatori aerei, stampanti a getto d'inchiostro e una vasta gamma di altre macchine da controllare. Gli ingegneri della Purdue University sono i primi a inventare la formula matematica che mancava per misurare una proprietà chiave di queste goccioline.

"Ci sono molte proprietà che influenzano il modo in cui si forma una goccia. Una di queste proprietà importanti è la viscosità superficiale, che le persone hanno avuto un sacco di tempo cercando di misurare perché semplicemente non avevano gli strumenti per farlo, " disse Osman Basaran, Burton e Kathryn Gedge Professore di ingegneria chimica di Purdue.

I pesticidi e altre sostanze chimiche contengono additivi chiamati tensioattivi. Queste molecole di tensioattivo si resistono a vicenda sulla superficie di un liquido, dando luogo a una forza appiccicosa chiamata viscosità superficiale che può rendere la gocciolina più piccola. Maggiore è la viscosità superficiale, più compatta è la forma di una goccia.

Basaran e i suoi studenti hanno scoperto un modo per calcolare la viscosità superficiale semplicemente osservando come si allunga una goccia. Un'immagine presa della goccia allungata mentre inizia a rompersi fornisce i valori da inserire in una semplice formula matematica che fornisce la misurazione della viscosità superficiale.

La formula è descritta in un articolo pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica . La scoperta pone fine a una corsa decennale dei ricercatori di tutto il mondo per rendere misurabile la viscosità superficiale. Altri coautori di questo articolo includono Hansol Wee, Brayden Wagoner e Pritish Kamat.

Non essere in grado di misurare esattamente quanto la viscosità superficiale influisca sulla formazione delle gocce ha posto dei limiti nel rendere le macchine più sicure e precise, disse Basaran, che dirige un centro che lavora per risolvere la scienza dietro i problemi nella produzione di macchinari.

Soluzioni fornite dal centro, chiamato Purdue Process Safety and Assurance Center, aiutare direttamente i partner in settori come l'agricoltura, sanità ed energia.

Una migliore comprensione delle goccioline e di come controllarle riguarda tutti questi settori. Come l'irrorazione delle colture, la stampa a getto d'inchiostro in una fabbrica produce minuscole goccioline che possono entrare nell'aria e causare problemi respiratori.

Un controllo più preciso di una sostanza simile a un liquido potrebbe anche migliorare le prestazioni di una macchina, come dare a una stampante 3D la capacità di produrre oggetti più affidabili o dettagliati.

"Un materiale con una viscosità superficiale troppo alta o troppo bassa può portare a risultati negativi nel processo di produzione. Conoscere queste misurazioni consente di utilizzare diverse sostanze chimiche per creare un materiale che non porti a una viscosità superficiale che si tradurrà in un cattivo risultato, " disse Basaran.

Prossimo, Il team di Basaran prevede di incorporare questa formula matematica in esperimenti per consigliare nuovi progetti di macchine. La formula potrebbe diventare anche uno strumento commerciale in futuro, come un'app per smartphone.

"Questa scoperta apre molte strade per la ricerca di base che prima non erano possibili, " disse Basaran.