Физика крыльев насекомых может вдохновить на создание технологий самоочистки следующего поколения


Фото из открытых источников
Насекомые обладают поразительной способностью отталкивать жидкости. Теперь исследователи хотят подражать этому. Любой, кто когда-нибудь видел покрытое росой насекомое, мог заметить, что насекомое просто остается там, покрытое идеальными круглыми каплями воды, которые почему-то просто не впитываются. Конечно, если бы вода попала в их крылья, это было бы проблемой, поскольку это сделало бы крылья тяжелее и затруднило полет. Но у насекомых не только водоотталкивающие крылья: они используют эту отталкиваемую воду для очистки от грязи и других загрязнений.
 
Эту способность развили не только насекомые. Гекконы и некоторые растения также развили эту способность, что является ярким примером конвергентной эволюции. Но для нас, людей, эта способность была недосягаема. Именно это и стало предметом исследования ученых из Эдинбургского университета в Шотландии.
 
Они начали с компьютерного моделирования. Они использовали суперкомпьютер ARCHER2 для моделирования водоотталкивающих механизмов, действующих в крыльях цикад. Ученые обнаружили, что эта водоотталкивающая способность основана на взаимодействии трех элементов: сил притяжения между каплями воды, загрязнителем и молекулами на поверхности крыльев насекомого. Основываясь на этом взаимодействии, цикады могут очищать свои крылья двумя способами.
 
Первый сценарий — когда сила капли воды превышает силу, удерживающую загрязнитель на поверхности. В этом случае загрязняющее вещество поглощается каплей при ее скатывании. Другой случай более эффектен. По сути, подъемная сила множества капель, сливающихся вместе, может быть использована для катапультирования загрязнителя. По сути, насекомые могут создавать своего рода водный шар из множества капель, который всасывает загрязняющие вещества.
 
Теперь мы лучше понимаем, как можно пассивно обеззараживать поверхности без использования источника питания. Эта работа имеет широкий простор для будущих исследований и разработки новых экспериментов по самоочищению поверхностей.
 
Это исследование выявляет критические параметры, необходимые для эффективного удаления загрязнений с поверхностей, и открывает новые возможности для использования точной сборки в будущей электронике и биосенсорах.
 
Сейчас исследователи стремятся внедрить этот подход в искусственные объекты, такие как солнечные панели, лобовые стекла автомобилей или даже уличные датчики. Способность наружного материала использовать воду для самоочистки ценна и может сэкономить много денег в долгосрочной перспективе (например, солнечные панели печально известны тем, что теряют эффективность, когда они покрываются грязью).