Badanie zainspirowane pająkami żyjącymi pod wodą może pomóc przemysłowi kontrolować toksyczne lub łatwopalne gazy w przewodach płynów.
Badacze z Uniwersytetu Badawczego PSL w Paryżu we Francji zainspirowali się pająkiem nurkującym (Argyroneta Aquatica), który zatrzymuje warstwę powietrza wokół swojego ciała, dzięki czemu może oddychać pod wodą.
„Inspiracją było przyglądanie się tym zwierzętom, które używają struktur aerofilnych do przechwytywania powietrza – dla nich jest to strategia przetrwania. Czy możemy wykorzystać pomysły opracowane przez naturę?” – mówi Hélène de Maleprade, główna autorka pracy w Applied Physics Letters.
Pająki mają na odwłoku włoski, które odpychają wodę, właściwość znaną jako hydrofobowa, a rzadziej jako aerofilna, czyli przyciągająca powietrze. Oddychają przez odwłok, a warstwa powietrza, którą zatrzymują, pozwala im skutecznie żyć pod wodą – polować, odpoczywać, kopulować i składać jaja bez suchego lądu.
Zespół naśladował pojedynczy włos z brzucha pająka poprzez pokrycie nici komercyjnym sprayem hydrofobowym. Kiedy ją zanurzyli, zaobserwowali, że pęcherzyki przyczepiają się do nici, a jeśli nić jest przechylona, są prowadzone w górę wzdłuż nici, nawet pod kątem tak małym jak dziesięć stopni do poziomu.
Podobny scenariusz kropel wody spływających po nici w powietrzu jest dobrze rozumiany, ale sytuacja pęcherzyków w wodzie zaskoczyła de Maleprade i jej kolegów.
Analiza sił działających na pęcherzyki wykazała, że większość oporu pochodzi z warstwy wody wokół pęcherzyka, w przeciwieństwie do kropli, w której opór pochodzi z końców obszaru kontaktu między wodą a nitką.
„Powietrze jest łatwe do poruszania, ale woda nie – tarcie zawsze występuje w wodzie. Trudniej jest poruszyć wodę wokół pęcherzyka, niż poruszyć sam pęcherzyk” – mówi de Maleprade.
Zmieniając kąt nachylenia nici, wielkość pęcherzyków i lepkość płynu, zespół był w stanie stworzyć pełny obraz fizyki i opracować wzajemne oddziaływanie bezwładności, siły wyporu, lepkości i napięcia powierzchniowego.
Pomimo, że rozpoczęli swoje badania nie mając na myśli zastosowań, już skontaktowali się z nimi przedstawiciele przemysłu, którzy widzą potencjał nowej wiedzy.
Uwięzione gazy mogą być problematyczne w branżach opartych na przepływach cieczy: zdolność do uwięzienia i wyprowadzenia pęcherzyków gazu z linii przepływu może być dużym dobrodziejstwem w zmniejszaniu zagrożeń bezpieczeństwa, zwłaszcza jeśli gazy są niebezpiecznie toksyczne lub łatwopalne.