Un studiu inspirat de păianjenii care trăiesc sub apă ar putea ajuta industria să controleze gazele toxice sau inflamabile din conductele de fluide.
Cercetătorii de la Universitatea de Cercetare PSL din Paris, Franța, au fost inspirați de păianjenul clopot de scufundare (Argyroneta Aquatica), care captează un strat de aer în jurul corpului său, astfel încât să poată respira sub apă.
„Inspirația a venit de la observarea acestor animale care folosesc structuri aerofile pentru a capta aerul – pentru ei este o strategie de supraviețuire. Putem noi să exploatăm ideile dezvoltate de natură?”, spune Hélène de Maleprade, autorul principal al unui articol publicat în Applied Physics Letters.
Păianjenii au pe abdomenul lor fire de păr care resping apa, o proprietate cunoscută sub numele de hidrofobă – și mai rar sub numele de aerofilă, sau de atragere a aerului. Aceștia respiră prin abdomenul lor, iar stratul de aer pe care îl captează le permite să trăiască efectiv sub apă – vânând, odihnindu-se, împerecheindu-se și depunând ouă fără uscat.
Echipa a imitat un singur fir de păr din burta unui păianjen prin acoperirea unui fir cu un spray comercial hidrofob. Când l-au scufundat, au observat că bulele se atașau de fir și, dacă firul era înclinat, erau ghidate în sus de-a lungul firului, chiar și la unghiuri de până la zece grade față de orizontală.
Scenariul similar al picăturilor de apă care curg pe un fir în aer este bine înțeles, dar situația bulelor în apă i-a surprins pe de Maleprade și colegii săi.
Analiza lor a forțelor asupra bulelor a arătat că cea mai mare parte a rezistenței provine de la o piele de apă din jurul bulei, spre deosebire de cea a picăturii, în care rezistența provine de la capetele zonei de contact dintre apă și fir.
„Aerul este ușor de mișcat, dar apa nu este – frecarea are loc întotdeauna în apă. Este mai greu să deplasezi apa în jurul bulei decât să deplasezi bula însăși”, spune de Maleprade.
Prin variația unghiului firelor, a dimensiunii bulelor și a vâscozității fluidului, echipa a reușit să construiască o imagine completă a fizicii și să elaboreze interacțiunea dintre inerție, flotabilitate, vâscozitate și tensiune superficială.
Deși au început studiul fără a se gândi la aplicații, au fost deja contactați de interese din industrie care pot vedea potențialul noilor cunoștințe.
Gazele captive pot fi problematice în industriile bazate pe fluxuri de lichide: capacitatea de a prinde și de a ghida bulele de gaz în afara liniilor de curgere ar putea fi un avantaj major în reducerea riscurilor de siguranță, în special dacă gazele sunt periculos de toxice sau inflamabile.
.