Rughe e pieghe sono onnipresenti. Si verificano in sopracciglia aggrottate, topologia planetaria, la superficie del cervello umano, anche il fondo del piede di un geco. In molti casi, sono il modo ingegnoso della natura di impacchettare più superficie in uno spazio limitato. Scienziati, imitando la natura, hanno cercato a lungo di manipolare le superfici per creare rughe e pieghe per renderle più piccole, dispositivi elettronici più flessibili, nanocanali che trasportano fluidi o persino telefoni cellulari e computer stampabili.

Ma per raggiungere quelle imprese tecnologiche, gli scienziati devono comprendere appieno il profilo e le prestazioni di rughe e pieghe su scala nanometrica, dimensioni 1/50, 000esimo lo spessore di un capello umano. In una serie di osservazioni ed esperimenti, gli ingegneri della Brown University e in Corea hanno scoperto proprietà insolite nelle rughe e nelle pieghe su scala nanometrica. I ricercatori riferiscono che le rughe create su pellicole supersottili hanno nascosto lunghe onde che si allungano anche quando la pellicola viene compressa. Il team ha anche scoperto che quando si formano pieghe in tali pellicole, nanocanali chiusi appaiono sotto la superficie, come migliaia di tubi minuscoli.

"Le rughe sono ovunque nella scienza, " disse Kyung-Suk Kim, professore di ingegneria alla Brown e corrispondente autore dell'articolo pubblicato sulla rivista Atti della Royal Society A . "Ma nascondono alcuni segreti. Con questo studio, abbiamo scoperto matematicamente come le distanze tra le rughe di un foglio sottile sono determinate su un substrato morbido ampiamente deformato e come le rughe si evolvono in pieghe regolari."

Le rughe si formano quando un lenzuolo sottile e rigido viene piegato su una base morbida o in un ambiente morbido. Sono precursori di pieghe regolari:quando il foglio è sufficientemente compresso, le rughe sono così ravvicinate che formano pieghe. Le pieghe sono interessanti per i produttori, perché possono contenere un'ampia superficie di un foglio in uno spazio finito.

Kim e il suo team hanno posato fogli di pellicola nanogranulare d'oro con uno spessore compreso tra 20 e 80 nanometri su un substrato gommoso comunemente usato nell'industria della microelettronica. I ricercatori hanno compresso il film, creando rughe e ne esaminò le proprietà. Come negli studi precedenti, vedevano rughe primarie con brevi periodicità, la distanza tra i picchi o le valli delle singole rughe. Ma Kim e i suoi colleghi hanno scoperto un secondo tipo di rughe, con una periodicità molto più lunga delle rughe primarie, come un'onda lunga nascosta. Mentre i ricercatori hanno compresso il film nanogranulare d'oro, la periodicità delle rughe primarie è diminuita, come previsto. Ma la periodicità tra le onde lunghe nascoste, che il gruppo ha etichettato rughe secondarie, allungato.

"Pensavamo che fosse strano, " ha detto Kim.

È diventato ancora più strano quando il gruppo ha formato pieghe nei fogli nanogranulari d'oro. Sulla superficie, tutto sembrava normale. Le pieghe sono state create quando le punte delle rughe vicine si sono avvicinate così tanto da toccarsi. Ma il team di ricerca ha calcolato che quelle pieghe, se allungato, non corrispondeva alla lunghezza del film prima che fosse stato compresso. Un pezzo della superficie della pellicola originale non è stato preso in considerazione, "come se fosse stato sepolto, " ha detto Kim.

Infatti, era stato, come canali chiusi di dimensioni nanometriche. Ricercatori precedenti, utilizzando la microscopia a forza atomica che scansiona la superficie del film, non era stato in grado di vedere i canali sepolti. Il gruppo di Kim si è rivolto a fasci ionici focalizzati per estrarre una sezione trasversale del film. Là, sotto la superficie, erano file di canali chiusi, circa 50 a pochi 100 nanometri di diametro. "Erano nascosti, " Kim ha detto. "Siamo stati i primi a tagliare (il film) e vedere che ci sono canali sotto".

I nanocanali chiusi sono importanti perché potrebbero essere utilizzati per incanalare liquidi, dai farmaci sui cerotti per curare malattie o infezioni, all'acqua pulita e alla raccolta di energia, come una microscopica pompa idraulica.