Studie inspirovaná pavouky, kteří žijí pod vodou, by mohla pomoci průmyslu kontrolovat toxické nebo hořlavé plyny v potrubích s kapalinami.
Výzkumníci z výzkumné univerzity PSL v Paříži ve Francii se inspirovali pavoukem zvonkem potápivým (Argyroneta Aquatica), který kolem svého těla zachycuje vrstvu vzduchu, aby mohl dýchat pod vodou.
„Inspirací byl pohled na tato zvířata, která používají aerofilní struktury k zachycení vzduchu – je to pro ně strategie přežití. Můžeme využít nápady, které vyvinula příroda?“ říká Hélène de Maleprade, hlavní autorka článku v Applied Physics Letters.
Pavouci mají na břiše chloupky, které odpuzují vodu, což je vlastnost známá jako hydrofobní – a méně často jako aerofilní neboli přitahující vzduch. Dýchají bříškem a vrstva vzduchu, kterou zachycují, jim umožňuje efektivní život pod vodou – lov, odpočinek, páření a kladení vajíček bez souše.
Tým napodobil jediný chloupek pavoučího bříška tím, že vlákno natřel komerčním hydrofobním sprejem. Když jej ponořili, pozorovali, že bublinky se na vlákno přichytí, a pokud se vlákno nakloní, jsou vedeny po vlákně vzhůru, a to i pod úhlem pouhých deseti stupňů k vodorovné rovině.
Podobný scénář, kdy kapky vody stékají po vlákně ve vzduchu, je dobře známý, ale situace s bublinkami ve vodě de Maleprade a její kolegy překvapila.
Jejich analýza sil působících na bubliny ukázala, že většina odporu pochází ze slupky vody kolem bubliny, na rozdíl od kapky, u níž odpor pochází z konců styčné plochy mezi vodou a vláknem.
„Vzduchem lze snadno pohybovat, ale vodou ne – tření se vždy odehrává ve vodě. Je těžší pohybovat vodou kolem bubliny než pohybovat samotnou bublinou,“ říká de Maleprade.
Měněním úhlu závitů, velikosti bublin a viskozity kapaliny byl tým schopen sestavit kompletní fyzikální obraz a zjistit souhru mezi setrvačností, vztlakem, viskozitou a povrchovým napětím.
Přestože svou studii zahájili bez myšlenky na aplikace, již je kontaktovali zástupci průmyslu, kteří v nových poznatcích vidí potenciál.
Zachycené plyny mohou být problematické v průmyslových odvětvích založených na proudění kapalin: schopnost zachytit a vyvést bubliny plynu z průtočných potrubí by mohla být velkým přínosem pro snížení bezpečnostních rizik, zejména pokud jsou plyny nebezpečně toxické nebo hořlavé.
.