Un estudio inspirado en las arañas que viven bajo el agua podría ayudar a la industria a controlar los gases tóxicos o inflamables en las líneas de fluidos.
Los investigadores de la Universidad de Investigación PSL de París (Francia) se inspiraron en la araña campana buceadora (Argyroneta Aquatica), que atrapa una capa de aire alrededor de su cuerpo para poder respirar bajo el agua.
«La inspiración surgió al observar a estos animales que utilizan estructuras aerófilas para capturar aire: para ellos es una estrategia de supervivencia. ¿Podemos aprovechar las ideas desarrolladas por la naturaleza?», dice Hélène de Maleprade, autora principal de un artículo publicado en Applied Physics Letters.
Las arañas tienen pelos en el abdomen que repelen el agua, una propiedad conocida como hidrofóbica – y menos comúnmente como aerófila, o que atrae el aire. Respiran a través de su abdomen, y la capa de aire que atraen les permite vivir eficazmente bajo el agua: cazan, descansan, se aparean y ponen huevos sin necesidad de tierra firme.
El equipo imitó un solo pelo de la barriga de una araña recubriendo un hilo con un spray hidrofóbico comercial. Al sumergirlo, observaron que las burbujas se adherían al hilo y, si éste se inclinaba, eran guiadas hacia arriba a lo largo del mismo, incluso en ángulos tan bajos como diez grados con respecto a la horizontal.
El escenario similar de las gotas de agua corriendo por un hilo en el aire se entiende bien, pero la situación de las burbujas en el agua sorprendió a de Maleprade y sus colegas.
Su análisis de las fuerzas sobre las burbujas demostró que la mayor parte del arrastre procedía de una piel de agua alrededor de la burbuja, en contraste con la gota, en la que el arrastre se origina en los extremos del área de contacto entre el agua y el hilo.
«El aire es fácil de mover, pero el agua no: la fricción siempre se produce en el agua. Es más difícil mover el agua alrededor de la burbuja que mover la propia burbuja», afirma de Maleprade.
Al variar el ángulo de los hilos, el tamaño de las burbujas y la viscosidad del fluido, el equipo fue capaz de construir una imagen completa de la física y calcular la interacción entre inercia, flotabilidad, viscosidad y tensión superficial.
Aunque empezaron su estudio sin tener en cuenta las aplicaciones, ya se han puesto en contacto con intereses industriales que pueden ver el potencial de los nuevos conocimientos.
Los gases atrapados pueden ser problemáticos en las industrias basadas en flujos de líquidos: la capacidad de atrapar y guiar las burbujas de gas fuera de las líneas de flujo podría ser una gran ayuda para reducir los riesgos de seguridad, especialmente si los gases son peligrosamente tóxicos o inflamables.