Las cigarras podrían tener el secreto de las superficies autolimpiantes: nuevo estudio

La naturaleza está inspirando a los científicos todo el tiempo. Algunas ideas aún están en investigación, como trajes de neopreno súper cálidos inspirados en castores. Pero otros ya forman parte de la vida humana, como el velcro (basado en rebabas de bardana) y el tren bala japonés (inspirado en el pico largo y estrecho de los martines pescadores).

Las cigarras inspiraron a mi equipo investigación reciente en superficies autolimpiables.

Mantener los vidrios de las ventanas de su automóvil impecables puede parecer una batalla interminable contra las fuerzas de la suciedad y el polvo. Pero los insectos como las cigarras tienen un truco fascinante bajo la manga que mantiene sus alas impecables, sin que el insecto haga ningún esfuerzo. Y puede ser la clave para ahorrarnos la molestia de una limpieza constante.

El estudio de mi equipo investigó el mecanismo detrás de este proceso de autolimpieza.

Gracias a la peculiar textura de las alas de las cigarras, el rocío de la mañana se condensa sobre ellas y se convierte gradualmente en pequeñas gotas de agua. Estas gotitas eliminan las partículas de polvo y los microorganismos cuando chocan entre sí o bajan por las alas del insecto.

Las cigarras no son los únicos insectos que han desarrollado cuerpos autolimpiantes. Muchos mariposas tienen alas que pueden limpiarse a sí mismas. Otras criaturas como geckos y ciertas hojas de plantas, como loto y arroz, también usan el movimiento de las gotas para mantenerse libres de polvo como lo hacen las cigarras. Estas gotitas en movimiento también ayudan a eliminar las bacterias, lo que reduce el riesgo de infecciones.

Si se derrama un líquido en la mayoría de las superficies (piense en una taza de café volcada), simplemente se esparcirá por el área y permanecerá allí.

Pero las gotas de rocío se comportan de manera diferente en las alas de las cigarras debido a algo que los ingenieros llaman «superhidrofobicidad» o repelencia al agua extrema. La superficie de las alas de cigarra contiene un arreglo complejo de miles de diminutos conos cubiertos de cera. Las gotas de agua en el ala asumen una forma de perla porque quieren minimizar el contacto con la superficie del ala. Esto se debe a la cera que repele el agua y las puntas cónicas, que evitan que las gotas de agua esféricas penetren en la membrana del ala.

Esto se vería como un globo completamente inflado colocado sobre una cama de clavos. No reventará porque la presión se distribuye entre todos los clavos. En el caso de las gotas, los conos recubiertos de cera facilitan el movimiento de las gotas sin esfuerzo en las alas de las cigarras.

Gotas de agua que saltan y ruedan

Estudios previos mostraron gravedad, hace que gotas más grandes rueden por las alas cerosas de las cigarrasrecogiendo numerosos contaminantes a lo largo de su viaje.

Sin embargo, hasta ahora, la forma en que las gotas más pequeñas, que son demasiado pequeñas para ser arrastradas por la gravedad, recogen la suciedad sigue siendo difícil de comprender. Descubrimos que las gotas pequeñas, con el tiempo, se fusionarán con sus vecinas.

La gota fusionada salta de la superficie en lugar de rodar. Durante el salto, la gota asumirá una forma que se asemeja a un globo aerostático a punto de despegar del suelo. Nuestro estudio reveló que esta forma de globo aerostático es crucial para permitir que las gotas se lleven la suciedad de la superficie.

Gotas de agua que saltan

Resulta que es la tensión superficial de la gota de líquido la que recoge la suciedad mientras la gota tiene forma de globo aerostático. La tensión superficial es la tendencia de las gotas que están expuestas al aire a mantener una forma esférica. Cuando una gota toma la forma de un globo de aire caliente con tierra debajo, intentará reformarse como una esfera. En el proceso, sin darse cuenta, quita la suciedad de la superficie.

También observamos que las gotas de agua no pueden eliminar todos los contaminantes de esta manera. Por ejemplo, en las alas de las cigarras, las gotas de agua pueden eliminar pequeñas partículas de arena, pero no las que están hechas de hollín.

También encontramos que, independientemente de si las gotas saltan o ruedan, el mecanismo para desalojar los contaminantes de una superficie sigue siendo el mismo. A medida que una gota más grande rueda por la suciedad, su superficie se distorsionará. La gota tratará de conservar su forma esférica natural que, como en las gotas fusionadas, sacará la suciedad de la superficie.

ingeniería natural

En el futuro, los ingenieros pueden incorporar lo que aprendimos sobre las alas de cigarra en los diseños de productos, y es posible que ya no necesitemos salpicar agua y limpiar los cristales de las ventanas y otras superficies porque se limpiarán solas.

Imagine ventanas de rascacielos, paneles solares y lentes de cámaras de vigilancia que puedan limpiarse solos. Un recubrimiento súper hidrofóbico también puede ayudar a prevenir la formación de escarcha en varias superficies en invierno, como el parabrisas de su automóvil.

Esta será una buena adición a la lista de actualizaciones inminentes a nuestra infraestructura existente junto con paneles solares eficientes inspirados en la estructura de la hoja de la planta y edificios inspirados en montículos de termitas con ventilación más efectiva en ciudades de todo el mundo.

Incluso en los lugares más urbanos, la naturaleza nos rodea.

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