Un equipo de investigadores de la Universidad de Rochester, inspirados en las arañas de agua y las ‘balsas’ que crean las hormigas de fuego para salvarse de las inundaciones, han ideado una estructura metálica repelente al agua y que no se hunde.
Anteriormente, al sumergir en agua una estructura similar a esta durante largos períodos de tiempo, eventualmente comenzaba a perder sus propiedades y se hundían. Afortunadamente, la naturaleza ya había encontrado una solución. Esta estructura metálica es superhidrofóbica (repelente al agua) y puede mantenerse a flote incluso cuando está muy perforada.
El innovador diseño fue realizado por investigadores de la Universidad de Rochester, liderados por Chunlei Guo, profesor de óptica y física, quienes utilizaron pulsos láser de femtosegundos de alta velocidad para grabar intrincados patrones de micro y nanoescala en la superficie de las placas de aluminio. Estos patrones atrapan el aire, haciendo que la superficie sea superhidrofóbica.
Inspirados en la sabia naturaleza
Las arañas de agua (Argyroneta aquatic) pueden sobrevivir sumergidas durante largos períodos de tiempo, atrapando aire en su red en forma de cúpula, también llamada campana de buceo. La red transporta aire desde la superficie entre las patas superhidrófobas de la araña y el abdomen. Las hormigas de fuego (Solenopsis) emplean una estrategia similar, formando una gran balsa entre ellas, que pueden mantenerse a flote gracias al aire atrapado entre los cuerpos superhidrofóbicos de las hormigas.
«Esa fue una inspiración muy interesante», dijo Guo. «La idea clave es que las superficies superhidrofóbicas (SH) multifacéticas pueden atrapar un gran volumen de aire, lo que apunta a la posibilidad de usar superficies SH para crear dispositivos flotantes».
Cómo funciona
Los investigadores trataron dos placas de aluminio grabando patrones con láser y luego las colocaron paralelas entre sí, mirando hacia adentro, en lugar de hacia afuera. La estructura resultante está cerrada y libre de fuerzas externas. La separación entre las placas es la correcta, de modo que la estructura puede atrapar aire para mantenerlo flotando. Esencialmente, la configuración crea un compartimento hermético e impermeable incluso cuando la estructura se ve obligada a sumergirse en el agua por un objeto pesado.
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Las pruebas mostraron que incluso después de haber estado sumergida durante dos meses, la estructura aún se recuperaba subiendo a la superficie del agua una vez que se liberaba el peso. Cuando la estructura se perforaba varias veces, aún podía flotar porque el aire quedaba atrapado en las secciones no dañadas. Guo dice que aunque usaron aluminio para este estudio, cualquier metal podría flotar usando este proceso de grabado.
Según los investigadores, la tecnología está lista para aplicaciones comerciales, ya que la industria está equipada con los láseres de escaneo rápido necesarios para realizar el grabado a nanoescala. Las posibles aplicaciones incluyen barcos insumergibles, wearables altamente resistentes al agua y sensores de monitoreo electrónico que pueden sobrevivir a misiones de larga duración en el medio del océano.
Los hallazgos fueron descritos en la revista ACS Applied Materials and Interfaces.
