Una goccia d'acqua si trova in cima a peli a forma di frullino per le uova su un Salvinia molesta foglia. Credito:immagine per gentile concessione della Ohio State University.
Un'erba galleggiante che ostruisce i corsi d'acqua di tutto il mondo ha almeno una caratteristica positiva:si ispira a un rivestimento impermeabile ad alta tecnologia destinato a barche e sottomarini.
La felce brasiliana Salvinia molesta è proliferato nelle Americhe e in Australia in parte perché la sua superficie è punteggiata di peli dalla forma strana che intrappolano l'aria, ridurre l'attrito, e aiuta la pianta a rimanere a galla.
Nel numero del 1 novembre del Journal of Colloid and Interface Science, Gli ingegneri della Ohio State University descrivono come hanno ricreato la trama, che ricorda un tappeto di minuscole fibre a forma di frullino per le uova. Il rivestimento plastico che hanno creato in laboratorio è morbido e felpato, come un microscopico tappeto a pelo lungo.
In natura, sacche d'aria intrappolate alla base dei peli di Salvinia riducono l'attrito nell'acqua e aiutano la pianta a galleggiare, mentre una regione appiccicosa sulle punte dei frullini aderisce leggermente all'acqua, fornendo stabilità.
È la combinazione di superfici scivolose e appiccicose che rende la trama così speciale, disse Bharat Bhushan, Eminent Scholar dell'Ohio e Howard D. Winbigler Professor di ingegneria meccanica presso l'Ohio State.
"La foglia di Salvinia è una straordinaria struttura ibrida. I lati dei peli sono idrofobici - in natura, sono ricoperti di cera, che impedisce all'acqua di toccare le foglie e intrappola l'aria sotto la forma del frullino per le uova nella parte superiore. L'aria intrappolata conferisce alla pianta galleggiabilità, " Egli ha detto.
"Ma le parti superiori dei peli sono idrofile. Si attaccano all'acqua solo un po', che mantiene la pianta stabile sulla superficie dell'acqua."
Questa è una micrografia ottica di peli a forma di frullino per le uova sulla superficie fogliare della pianta acquatica Salvinia molesta . I peli riducono l'attrito e aiutano la pianta a rimanere a galla. Gli ingegneri della Ohio State University hanno replicato la superficie con un rivestimento in plastica che potrebbe ridurre la resistenza e aumentare la galleggiabilità su barche e sottomarini. Credito:immagine per gentile concessione della Ohio State University.
Nei test, il rivestimento eseguito proprio come fanno i peli di Salvinia in natura. Le basi dei peli erano scivolose, mentre le punte dei peli erano appiccicose. Le gocce d'acqua non sono penetrate tra i capelli, ma invece si aggrappava alle parti superiori delle strutture del frullino per le uova, anche quando il campione di rivestimento veniva girato su un lato fino a una verticale di 90 gradi.
Con lo sviluppo commerciale, il rivestimento potrebbe ridurre la resistenza e aumentare la galleggiabilità e la stabilità su barche e sottomarini, disse Bhushan.
Bhushan e lo studente del master Jams Hunt hanno confrontato la viscosità del loro rivestimento di plastica con la viscosità della foglia naturale di Salvinia usando un microscopio a forza atomica. Le due superfici si sono comportate in modo quasi identico, con il rivestimento in plastica che genera una forza adesiva di 201 nanoNewton (miliardesimi di Newton) e la foglia che genera 207 nanoNewton.
Questa è una forza molto piccola rispetto agli adesivi familiari come il nastro trasparente o persino il nastro per mascheratura. Ma l'adesione è simile a quella di un'altra superficie naturale studiata da Bhushan e da altri ricercatori:i piedi di geco.
"Ho studiato i piedi del geco, che sono appiccicosi, e la foglia di loto, che è scivoloso, "Bhushan ha detto. "Salvinia combina aspetti di entrambi".
Bhushan sviluppa strutture biomimetiche:strutture artificiali create in laboratorio per imitare le strutture presenti in natura. I piedi di geco lo hanno ispirato a indagare su un riposizionabile, adesivo "intelligente", e la foglia di loto ha ispirato l'idea del vetro che respinge l'acqua e lo sporco.
È venuto a studiare Salvinia attraverso un collega della serra di scienze biologiche dell'università, che ha fornito campioni della pianta per lo studio.
Salvinia molesta, noto anche come salvinia gigante, è originario del Brasile, ed è una pianta popolare per acquari domestici e stagni decorativi in tutto il mondo. non ha bisogno di sporco, ma vive esclusivamente nell'acqua, anche in movimento come fiumi e laghi.
Ad un certo punto, la ricca pianta è fuggita dalle case delle persone in natura. Ora è proliferato nei corsi d'acqua commerciali del Nord America, Sud America, e Australia, dove è diventata una specie invasiva.
Mentre la pianta è una seccatura per le navi oggi, potrebbe in definitiva fornire un vantaggio se fosse disponibile un rivestimento commerciale basato sulla sua consistenza. Bhushan non ha intenzione di commercializzarlo da solo, anche se.
"Con questo studio, abbiamo approfondito un concetto molto semplice [come funziona la foglia di Salvinia]. Ecco dove sta il divertimento, " ha detto. "Inoltre, Sono già passato allo studio della pelle di squalo".
