Una farfalla sudamericana sbatteva le ali, e ha causato una raffica di ricerche sulle nanotecnologie in Ohio. I ricercatori qui hanno dato un nuovo sguardo alle ali di farfalla e alle foglie di riso, e ho imparato cose sulla loro struttura microscopica che potrebbero migliorare una varietà di prodotti.

Per esempio, i ricercatori sono stati in grado di pulire fino all'85% della polvere da una superficie di plastica rivestita che imitava la trama di un'ala di farfalla, rispetto a solo il 70% di sconto su una superficie piana.

In un recente numero della rivista Materia morbida , gli ingegneri dell'Ohio State University riferiscono che le trame migliorano il flusso del fluido e impediscono alle superfici di sporcarsi - caratteristiche che potrebbero essere imitate nelle superfici ad alta tecnologia per aerei e moto d'acqua, condutture, e attrezzature mediche.

"La natura ha evoluto molte superfici che sono autopulenti o riducono la resistenza, " disse Bharat Bhushan, Eminent Scholar dell'Ohio e Howard D. Winbigler Professore di ingegneria meccanica presso l'Ohio State. "La resistenza ridotta è auspicabile per l'industria, se stai cercando di spostare qualche goccia di sangue attraverso un nanocanale o milioni di galloni di petrolio greggio attraverso un oleodotto. E le superfici autopulenti sarebbero utili per le apparecchiature mediche:cateteri, o qualsiasi cosa che possa ospitare batteri".

Bhushan e il dottorando Gregory Bixler hanno utilizzato un microscopio elettronico e un profilatore ottico per studiare le ali della farfalla gigante blu Morpho (Morpho didius) e le foglie della pianta di riso Oriza sativa. Lanciano repliche in plastica di entrambe le trame microscopiche, e confrontato la loro capacità di respingere sporco e acqua con repliche di squame di pesce, pelle di squalo, e superfici piane lisce.

Comune all'America centrale e meridionale, il Blue Morpho è una farfalla iconica, apprezzato per il suo colore blu brillante e l'iridescenza. Al di là della sua bellezza, ha la capacità di liberarsi dallo sporco e dall'acqua con un battito d'ali.

Per una farfalla nella natura, restare puliti è un problema critico, Bhushan ha spiegato.

"Le loro ali sono così delicate che sporcarsi o bagnarsi rende difficile il volo, " ha detto. "Inoltre, maschi e femmine si riconoscono dal colore e dai motivi sulle ali, e ogni specie è unica. Quindi devono mantenere le loro ali luminose e visibili per riprodursi".

Il microscopio elettronico ha rivelato che le ali del Blue Morpho non sono così lisce come sembrano ad occhio nudo. Anziché, la trama della superficie ricorda un tetto di assicelle con file di scandole sovrapposte che si irradiano dal corpo della farfalla, suggerendo che l'acqua e la sporcizia rotolano dalle ali "come l'acqua da un tetto, " Ha detto Bhushan.

Le foglie di riso hanno fornito un paesaggio più surreale al microscopio, con file di scanalature di dimensioni micrometriche (milionesimi di metro), ciascuno ricoperto di ancora più piccoli, protuberanze di dimensioni nanometriche (miliardesimi di metro), tutte inclinate per dirigere le gocce di pioggia verso lo stelo e verso il basso fino alla base della pianta. La foglia aveva anche un rivestimento ceroso scivoloso, che mantiene le goccioline d'acqua che scorre lungo.

I ricercatori hanno voluto testare come le ali di farfalla e le foglie di riso potrebbero mostrare alcune delle caratteristiche di altre superfici che hanno studiato, come la pelle di squalo, che è coperto di scivoloso, microscopic grooves that cause water to flow smoothly around the shark. They also tested fish scales, and included non-textured flat surfaces for comparison.

After studying all the textures close up, the researchers made molds of them in silicone and cast plastic replicas. To emulate the waxy coating on the rice leaves and the slippery coating on shark skin (which in nature is actually mucous), they covered all the surfaces with a special coating consisting of nanoparticles.

In one test, they lined plastic pipes with the different coated textures and pushed water through them. The resulting water pressure drop in the pipe was an indication of fluid flow.

For a pipe about the size of a cocktail straw, a thin lining of shark skin texture coated with nanoparticles reduced water pressure drop by 29 percent compared to the non-coated surface. The coated rice leaf came in second, with 26 percent, and the butterfly wing came in third with around 15 percent.

Then they dusted the textures with silicon carbide powder – a common industrial powder that resembles natural dirt – and tested how easy the surfaces were to clean. They held the samples at a 45-degree angle and dripped water over them from a syringe for two minutes, so that about two tablespoons of water washed over them in total. Using software, they counted the number of silicon carbide particles on each texture before and after washing.

The shark skin came out the cleanest, with 98 percent of the particles washing off during the test. Next came the rice leaf, with 95 percent, and the butterfly wing with about 85 percent washing off. A confronto, only 70 percent washed off of the flat surface.

Bushan thinks that the rice leaf texture might be especially suited to helping fluid move more efficiently through pipes, such as channels in micro-devices or oil pipelines.

As to the Blue Morpho's beautiful wings, their ability to keep the butterfly clean and dry suggests to him that the clapboard roof texture might suit medical equipment, where it could prevent the growth of bacteria.