En studie inspirerad av spindlar som lever under vatten kan hjälpa industrin att kontrollera giftiga eller brandfarliga gaser i vätskeledningar.
Forskare vid PSL Research University i Paris, Frankrike, inspirerades av dykarklocka-spindeln (Argyroneta Aquatica), som fångar in ett lager luft runt sin kropp så att den kan andas under vatten.
”Inspirationen kom från att titta på dessa djur som använder aerofila strukturer för att fånga in luft – för dem är det en överlevnadsstrategi. Kan vi utnyttja de idéer som naturen har utvecklat?”, säger Hélène de Maleprade, huvudförfattare till artikeln i Applied Physics Letters.
Spindlarna har hår på buken som stöter bort vatten, en egenskap som är känd som hydrofobisk – och mer sällan som aerofil, eller luftdragande. De andas genom buken, och det lager av luft som de fångar upp gör att de effektivt kan leva under vatten – de jagar, vilar, parar sig och lägger ägg utan att ha land i sikte.
Teamet efterliknade ett enda hårstrå på spindelns mage genom att belägga en tråd med kommersiell hydrofobisk spray. När de sänkte ner den observerade de att bubblorna fäste sig vid tråden, och om tråden lutades skulle de ledas uppåt längs tråden, även i vinklar så låga som tio grader från horisontalplanet.
Det liknande scenariot med vattendroppar som rinner nedför en tråd i luft är välkänt, men situationen med bubblor i vatten överraskade de Maleprade och hennes kollegor.
I sin analys av krafterna på bubblorna visade de att det mesta av motståndet kom från ett vattenskinn runt bubblan, till skillnad från droppen där motståndet kommer från ändarna av kontaktytan mellan vattnet och tråden.
”Luft är lätt att förflytta, men det är inte vatten – friktionen sker alltid i vattnet. Det är svårare att förflytta vattnet runt bubblan än att förflytta själva bubblan”, säger de Maleprade.
Då laget varierade trådens vinkel, bubblornas storlek och vätskans viskositet kunde laget bygga upp en fullständig bild av fysiken och räkna ut samspelet mellan tröghet, flytkraft, viskositet och ytspänning.
Och även om de började sin studie utan att ha tillämpningar i åtanke har de redan blivit kontaktade av industriintressen som kan se potentialen i den nya kunskapen.
Infällda gaser kan vara problematiska i industrier som är baserade på vätskeflöden: förmågan att fånga in och styra ut gasbubblor ur flödesledningar skulle kunna vara en stor välsignelse när det gäller att minska säkerhetsriskerna, särskilt om gaserna är farligt giftiga eller lättantändliga.