En undersøgelse, der er inspireret af edderkopper, der lever under vandet, kan hjælpe industrien med at kontrollere giftige eller brandfarlige gasser i væskeledninger.
Forskere fra PSL Research University i Paris, Frankrig, blev inspireret af dykkerklokkeedderkoppen (Argyroneta Aquatica), som fanger et lag luft omkring sin krop, så den kan trække vejret under vandet.
“Inspirationen kom fra at se på disse dyr, der bruger aerofile strukturer til at fange luft – for dem er det en overlevelsesstrategi. Kan vi udnytte de idéer, som naturen har udviklet?”, siger Hélène de Maleprade, hovedforfatter til en artikel i Applied Physics Letters.
Spindlerne har hår på bugen, der afviser vand, en egenskab, der er kendt som hydrofobisk – og mindre almindeligt kendt som aerofil, eller lufttiltrækkende. De trækker vejret gennem deres mave, og det lag luft, som de fanger, gør det muligt for dem at leve effektivt under vandet – de jager, hviler, parrer sig og lægger æg uden at være på land.
Teamet efterlignede et enkelt hår på edderkoppens mave ved at belægge en tråd med kommerciel hydrofobisk spray. Da de nedsænkede den, observerede de, at bobler ville sætte sig fast på tråden, og hvis tråden blev vippet, ville de blive ført opad langs tråden, selv ved vinkler så lave som ti grader i forhold til vandret.
Det lignende scenarie med vanddråber, der løber ned ad en tråd i luft, er velkendt, men situationen med bobler i vand overraskede de Maleprade og hendes kolleger.
Deres analyse af kræfterne på boblerne viste, at det meste af modstanden kom fra en hud af vand omkring boblen, i modsætning til dråben, hvor modstanden stammer fra enderne af kontaktfladen mellem vandet og tråden.
“Luft er let at bevæge, men det er vand ikke – friktionen sker altid i vandet. Det er sværere at bevæge vandet omkring boblen end at bevæge selve boblen,” siger de Maleprade.
Gennem at variere vinklen på trådene, størrelsen af boblerne og væskens viskositet kunne holdet opbygge et komplet billede af fysikken og regne samspillet mellem inerti, opdrift, viskositet og overfladespænding ud.
Selv om de begyndte deres undersøgelse uden at have anvendelsesmuligheder i tankerne, er de allerede blevet kontaktet af industriinteresser, som kan se potentialet i den nye viden.
Indfangede gasser kan være problematiske i industrier baseret på væskestrømme: evnen til at fange og lede gasbobler ud af flowledninger kunne være en stor fordel for at reducere sikkerhedsrisici, især hvis gasserne er faretruende giftige eller brændbare.