Sekret cykad. Trwają badania nad samoczyszczącymi się powierzchniami

Dzieła natury nieodmiennie inspirują naukowców do nowych rozwiązań w technologii. Naukowcy z Edynburga prowadzą pracę nad powierzchniami, które podobnie do skrzydeł cykad, będą się same oczyszczały z kurzu i mikroorganizmów.

Wiele technologii zostało zainspirowanych osiągnięciami natury. Kształt japońskich ponaddźwiękowych pociągów odpowiada profilowi dzioba zimorodków, nurkujących w poszukiwaniu ofiary, a popularne w odzieży i nie tylko rzepy, były wzorowane na pokrytej haczykami strukturze owocu łopianu. Do prac nad samoczyszczącą się powierzchnią, którą można by zastosować na przykład w samochodowych szybach, naukowców z Edynburga zainspirowały skrzydła popularnych owadów zwanych cykadami.

Znane z głośnych dźwięków wydawanych przez samce w okresie godów owady, które dzielą się na około 2900 różnych gatunków o rozmaitej wielkości, posiadają skrzydła o szczególnej fakturze. Zapożyczona od cykad sztuczka może pomóc w stworzeniu szyb, które niewrażliwe będą na kurz, pyłki lub innego rodzaju zanieczyszczenia, które ograniczają widoczność lub rozmazują się na powierzchni szyby. Rohit Pillai i Matthew K. Borg z Edynburga, przy pomocy Sreehariego Perumanath z Uniwersytetu w Warwick w Wielkiej Brytanii, zbadali mechanizm stojący za samoczynnym oczyszczaniem skrzydeł owadów.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Na wyjątkowo uformowanych skrzydłach cykad skrapla się codziennie poranna rosa, która stopniowo łączy się w coraz większe kropelki wody. Te miniaturowe kropelki staczając się po skrzydłach owada, oczyszczają je z mikroorganizmów i drobin zalegającego kurzu. Jest to możliwe dzięki temu, że powierzchnia skrzydeł cykady charakteryzuje się ekstremalną wręcz hydrofobowością.

Jeśli rozlać płyn po jakiejś powierzchni to możemy być pewni, że ze względu na lepkość, jakaś cześć tego płynu na tej powierzchni pozostanie. W przypadku powierzchni superhydrofobowych jest jednak inaczej. Skrzydła cykad zawierają złożony układ tysięcy mikroskopijnych stożków pokrytych woskiem. Kropelki wody na ich powierzchni przybierają kształt koralików, by zmaksymalizować kontakt z płaszczyzną skrzydła.

Naukowcy porównują to do nadmuchanego balonu położonego na nabitym gwoździami łożu. Balon nie pęka, bo jego nacisk rozkłada się równomiernie na wiele gwoździ. W przypadku kropelek położonych na pokrytych woskiem stożkach oznacza to też, że drobiny wody mogą swobodnie ślizgać się po skrzydłach cykady. Wszelkie cząsteczki kurzu czy pyłu, jakie na nich zalegają, są na bieżąco zbierane przez kropelki i usuwane siłą grawitacji.

Naukowcy zastanawiali się, w jaki sposób usuwane są kropelki o zbyt małej masie, by mogła na nie efektywnie oddziaływać grawitacja. Okazuje się, ze rozbiegane po powierzchni skrzydła kropelki z czasem łączą się ze swoimi sąsiadami, a temu połączeniu towarzyszy efekt odskoczenia kropli od powierzchni skrzydła. Niezależnie od tego czy kropla odskoczy, czy stoczy się na ziemię efekt jest ten sam - usunięcie zanieczyszczeń z powierzchni.

Stosując to rozwiązanie w szybach samochodów lub budynków będziemy mogli na dłuższą metę wyeliminować konieczność ich ciągłego oczyszczania przy pomocy wody i detergentów. Powłoka superhydrofobowa zapobiegnie też powstawaniu szronu w zimie. W ten sposób skorzystamy z osiągnięć natury nawet w najbardziej zurbanizowanych częściach globu.