A víz alatt élő pókok által inspirált tanulmány segíthet az iparnak a folyadékvezetékekben lévő mérgező vagy gyúlékony gázok ellenőrzésében.
A franciaországi Párizsi PSL Kutatóegyetem kutatóit a búvárharangpók (Argyroneta Aquatica) inspirálta, amely egy légréteget zár be a teste körül, hogy a víz alatt lélegezni tudjon.
“Az ihletet az adta, hogy megnéztük ezeket az állatokat, amelyek aerofil szerkezeteket használnak a levegő befogására – számukra ez egy túlélési stratégia. Ki tudjuk-e használni a természet által kifejlesztett ötleteket?” – mondja Hélène de Maleprade, az Applied Physics Letters című szaklapban megjelent tanulmány vezető szerzője.
A pókok hasán olyan szőrszálak vannak, amelyek taszítják a vizet, ezt a tulajdonságot hidrofóbnak – és ritkábban aerofilnek, azaz levegővonzónak – nevezik. A hasukon keresztül lélegeznek, és az általuk befogott légréteg lehetővé teszi számukra, hogy hatékonyan éljenek a víz alatt – vadászni, pihenni, párzani és tojásokat rakni a szárazföld nélkül.
A csapat úgy utánozta a pókok hasának egyetlen szőrszálát, hogy egy cérnát kereskedelmi forgalomban kapható hidrofób spray-vel vontak be. Amikor alámerítették, megfigyelték, hogy a buborékok a fonálhoz tapadnak, és ha a fonalat megdöntik, akkor a fonál mentén felfelé irányulnak, még a vízszinteshez képest akár tíz fokos szögben is.
A levegőben egy szálon lefelé futó vízcseppek hasonló forgatókönyve jól ismert, de a vízben lévő buborékok helyzete meglepte de Maleprade-ot és kollégáit.
A buborékokra ható erők elemzése azt mutatta, hogy a legtöbb ellenállás a buborékot körülvevő vízburokból származik, ellentétben a cseppekkel, amelyeknél az ellenállás a víz és a szál közötti érintkezési felület végeiből ered.
“A levegő könnyen mozog, de a víz nem – a súrlódás mindig a vízben történik. Nehezebb a vizet mozgatni a buborék körül, mint magát a buborékot” – mondja de Maleprade.”
A szálak szögének, a buborékok méretének és a folyadék viszkozitásának változtatásával a csapat teljes képet tudott alkotni a fizikáról, és ki tudta dolgozni a tehetetlenség, a felhajtóerő, a viszkozitás és a felületi feszültség közötti kölcsönhatást.
Bár úgy kezdték tanulmányukat, hogy nem gondoltak az alkalmazásokra, máris felvették velük a kapcsolatot ipari érdekeltségek, akik látják az új ismeretekben rejlő lehetőségeket.
A folyadékáramláson alapuló iparágakban problémát jelenthetnek a csapdába esett gázok: a gázbuborékok csapdába ejtésének és kivezetésének képessége az áramlási vezetékekből jelentős áldás lehet a biztonsági kockázatok csökkentésében, különösen, ha a gázok veszélyesen mérgezőek vagy gyúlékonyak.