Folosind o imprimantă 3D de înaltă tehnologie, cercetătorii au reușit să creeze microstructuri care permit transportul apei în moduri similare și superioare celor identificate în natură (capilaritatea copacilor).
Cercetătorii din California au găsit o modalitate de a transporta apa printr-o structură plină de găuri, fără ca aceasta să se scurgă. Noua idee folosește puterea tensiunii superficiale și a unei minusculei structuri 3D numite „micro-arhitectură” pentru a expune o suprafață mare de lichid la aerul înconjurător, iar aceste tipuri de modele ar putea avea o gamă largă de aplicații diferite, după cum vom vedea mai jos.
Tensiunea superficială este proprietatea unei suprafeţe lichide care o face să se comporte ca o membrană elastică tensionată. Rezistenţa acesteia depinde de forţele de atracţie dintre particulele lichidului sau de forţele de atracţie dintre acestea şi particulele corpurilor gazoase, solide sau lichide cu care care intră în contact. Datorită tensiunii superficiale este posibil ca anumite insecte să stea/meargă pe suprafaţa apei sau ca o lamă de ras să plutească la suprafaţa unui lichid, chiar dacă lama are o densitate mai mare decât lichidul şi nu poate pluti. Tensiunea superficială este responsabilă de picăturile sferice de lichid, întrucât lichidul tinde să-şi micşoreze aria.
Lichidele și gazele sunt, prin definiție, dificil de modelat sau structurat. Trebuie să fie închise, astfel încât să nu se scurgă peste tot. Însă acest lucru înseamnă că este de obicei destul de greu să pui în contact direct suprafața acestora cu mediul înconjurător. Și asta impune o limită asupra suprafeței pe care o puteți utiliza pentru funcții importante, cum ar fi absorbția dioxidului de carbon sau eliberarea căldurii.
Cercetătorii de la Laboratorul Național Lawrence Livermore au analizat exemple din natură care folosesc aceste tipuri de procese, precum schimbul de gaze în plămâni sau mișcarea apei în interiorul copacilor.
Copacii folosesc capilaritatea (capacitatea unui corp poros sau a unui tub de a atrage un lichid, care apare în situațiile în care forțele de adeziune intermoleculară dintre lichid și solid sunt mai puternice decât forțele de coeziune intermoleculare din interiorul lichidului) pentru a extrage apa din rădăcini în tuburi mici - un proces care depinde de modul în care moleculele de apă se cuplează între ele și de ceea ce este în jurul lor, ca efect al tensiunii superficiale.
Oamenii de știință au vrut să valorifice acest proces, dar să facă asta fără a închide complet lichidul părea imposibil. Echipa s-a orientat către lumea „micro-arhitecturii”. Au folosit una dintre cele mai avansate imprimante 3D din lume pentru a imprima mici celule cubice cu latura de doar 1 milimetru.
Aceste cuburi sunt suficient de mici pentru a reține apa fără a rupe tensiunea sa superficială, astfel încât laturile cubului pot fi complet deschise, fără ca apa să se reverse, ceea ce înseamnă că suprafața expusă aerului din exterior este mult mai mare. Punând sute din aceste cuburi mici împreună, au creat o structură „deschisă” prin care lichidele pot urca.
Acest proces funcționează numai la scări excepțional de mici, care anterior erau imposibil de creat. Experimentele au arătat că absorbția gazelor de către lichid în aceste structuri-rețea deschise a fost de până la trei ori mai rapidă decât absorbția gazelor de același volum de lichid într-o coloană închisă.
Prin crearea unei rețele de cuburi și tuneluri deschise, oamenii de știință cred că vor putea chiar să dirijeze fluxul de lichide printr-un sistem.
Aplicațiile sunt cu un impact enorm, de la încălzirea și răcirea unor sisteme cu consum mare de energie, cum ar fi servere de calculatoare, la transportul de dioxid de carbon uzat în reactoare industriale și returnarea acestuia ca materie primă care urmează să fie refolosită.
Și în spațiu, unde controlul lichidelor este și mai problematic, capacitatea de a conține structuri lichide deschise ar putea fi inovatoare pentru schimbul de gaze și căldură.
De fapt, fără limitările gravitației asupra acțiunii capilare, direcționarea lichidelor prin aceste micro-structuri ar putea fi extrem de eficientă. Această utilizare a micro-arhitecturii poate crea sisteme mai organizate decât rețelele naturale haotice din copaci sau plămâni. În plus, oamenii de știință speră să combine modelele lor artificiale cu sisteme organice.
Crearea de organisme biologice hibride cu caracteristici mai eficiente și mai bine structurate ar putea avea numeroase aplicații în agricultura spațială, în creșterea țesuturilor (cum ar fi plămânii semi-artificiali) și răcirea atmosferică. Un viitor destul de important pentru aceste mici cuburi!
Textul reprezintă traducerea și adaptarea textului din videoclip.
