Veden alla elävien hämähäkkien innoittamana tehty tutkimus voi auttaa teollisuutta hallitsemaan myrkyllisiä tai syttyviä kaasuja nestelinjoissa.
Pariisissa, Ranskassa sijaitsevan PSL-tutkimusyliopiston tutkijat saivat inspiraationsa sukelluskellohämähäkistä (Argyroneta Aquatica), joka vangitsee ilmakerroksen ruumiinsa ympärille, jotta se voi hengittää veden alla.
”Inspiraation saimme, kun katsoimme näitä eläimiä, jotka käyttävät ilmaa vangitakseen ilmaa aerofiilisten rakenteiden avulla – niille se on selviytymisstrategia. Voimmeko hyödyntää luonnon kehittämiä ideoita?” sanoo Hélène de Maleprade, Applied Physics Letters -lehdessä julkaistun artikkelin pääkirjoittaja.
Hämähäkkien vatsassa on karvoja, jotka hylkivät vettä, mikä on hydrofobinen ominaisuus – ja harvemmin aerofiilinen eli ilmaa houkutteleva. Hämähäkit hengittävät vatsansa kautta, ja niiden vangitseman ilmakerroksen ansiosta ne voivat elää tehokkaasti veden alla – metsästää, levätä, paritella ja munia ilman kuivaa maata.
Työryhmä jäljitteli hämähäkin vatsan yksittäistä hiusta päällystämällä langan kaupallisella hydrofobisella suihkeella. Kun he upottivat sen, he havaitsivat, että kuplat kiinnittyivät lankaan, ja jos lankaa kallistettiin, ne ohjautuivat lankaa pitkin ylöspäin jopa niinkin pienissä kulmissa kuin kymmenessä asteessa vaakatasoon nähden.
Samankaltainen skenaario, jossa vesipisarat kulkevat lankaa pitkin ilmassa, on hyvin ymmärretty, mutta kuplat vedessä -tilanne yllätti de Malepraden kollegoineen.
Heidän analyysinsä kupliin kohdistuvista voimista osoitti, että suurin osa vetovastuksesta tuli kuplan ympärillä olevasta vesikalvosta, toisin kuin pisarassa, jossa vetovastus on peräisin veden ja langan välisen kosketuspinta-alan päistä.
”Ilmaa on helppo liikuttaa, mutta vettä ei – kitka tapahtuu aina vedessä. On vaikeampaa liikuttaa vettä kuplan ympärillä kuin liikuttaa itse kuplaa”, de Maleprade sanoo.
Vaihtelemalla kierteiden kulmaa, kuplien kokoa ja nesteen viskositeettia työryhmä pystyi muodostamaan täydellisen kuvan fysiikasta ja selvittämään inertia-, kelluvuus-, viskositeetti- ja pintajännityssuhteet.
Vaikka he aloittivat tutkimuksensa ajattelematta sovelluksia, heihin on jo otettu yhteyttä teollisuuden intressitahoilta, jotka näkevät uuden tiedon potentiaalin.
Sulkeutuneet kaasut voivat olla ongelmallisia nestevirtauksiin perustuvilla teollisuudenaloilla: kyky pyydystää ja ohjata kaasukuplia pois virtauslinjoista voisi olla suuri siunaus turvallisuusriskien pienentämisessä, varsinkin jos kaasut ovat vaarallisen myrkyllisiä tai syttyviä.