Uno studio ispirato ai ragni che vivono sott’acqua potrebbe aiutare l’industria a controllare i gas tossici o infiammabili nelle linee dei fluidi.
I ricercatori della PSL Research University di Parigi, Francia, si sono ispirati al ragno campana subacquea (Argyroneta Aquatica), che intrappola uno strato d’aria intorno al suo corpo in modo da poter respirare sott’acqua.
“L’ispirazione è venuta guardando questi animali che usano strutture aerofile per catturare l’aria – per loro è una strategia di sopravvivenza. Possiamo sfruttare le idee sviluppate dalla natura?” dice Hélène de Maleprade, autore principale di un articolo su Applied Physics Letters.
I ragni hanno peli sul loro addome che respingono l’acqua, una proprietà nota come idrofoba – e meno comunemente come aerofila, o che attrae l’aria. Respirano attraverso il loro addome, e lo strato d’aria che intrappolano permette loro di vivere efficacemente sott’acqua – cacciando, riposando, accoppiandosi e deponendo le uova senza terra ferma.
Il team ha imitato un singolo pelo della pancia di un ragno rivestendo un filo con spray idrofobico commerciale. Quando l’hanno immerso, hanno osservato che le bolle si attaccavano al filo e, se il filo era inclinato, venivano guidate verso l’alto lungo il filo, anche ad angoli di soli dieci gradi rispetto all’orizzontale.
Lo scenario simile di goccioline d’acqua che scendono lungo un filo in aria è ben compreso, ma la situazione delle bolle in acqua ha sorpreso de Maleprade e i suoi colleghi.
La loro analisi delle forze sulle bolle ha mostrato che la maggior parte della resistenza proviene da una pelle d’acqua intorno alla bolla, in contrasto con la goccia, in cui la resistenza ha origine dalle estremità dell’area di contatto tra l’acqua e il filo.
“L’aria è facile da spostare, ma l’acqua no – l’attrito avviene sempre in acqua. È più difficile spostare l’acqua intorno alla bolla piuttosto che spostare la bolla stessa”, dice de Maleprade.
Facendo variare l’angolo dei fili, la dimensione delle bolle e la viscosità del fluido, il team è stato in grado di costruire un quadro completo della fisica e capire l’interazione tra inerzia, galleggiamento, viscosità e tensione superficiale.
Anche se hanno iniziato il loro studio senza applicazioni in mente, sono già stati contattati da interessi industriali che possono vedere il potenziale delle nuove conoscenze.
I gas intrappolati possono essere problematici nelle industrie basate su flussi di liquidi: la capacità di intrappolare e guidare le bolle di gas fuori dalle linee di flusso potrebbe essere una grande manna per ridurre i rischi di sicurezza, soprattutto se i gas sono pericolosamente tossici o infiammabili.