Attraverso lo studio delle superfici degli insetti, i ricercatori di Penn State hanno dettagliato una nanostruttura precedentemente non identificata che può essere utilizzata per progettare rivestimenti idrorepellenti più forti e più resistenti.
I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati su Science Advances. Con una maggiore capacità di respingere le goccioline, questo design potrebbe essere applicato ai dispositivi di protezione individuale per resistere meglio alle particelle cariche di virus, come COVID-19, tra le altre applicazioni.
Materiale idrorepellente simile a nano strutture di insetti
Le teorie ingegneristiche classiche hanno utilizzato questo approccio per creare superfici idrorepellenti. Tradizionalmente, sono fabbricati con trame a bassa frazione solida, che mantengono uno strato d’aria estremamente sottile al di sopra di una bassa densità di microscopiche nanostrutture simili a capelli, che i ricercatori assomigliano a un tavolo da air hockey.
“Il ragionamento è se la goccia o l’oggetto galleggia sopra quell’aria, non si incastrerà in superficie”, ha dichiarato Tak-Sing Wong, professore associato di ingegneria meccanica e biomedica. Poiché funziona in modo efficace, i rivestimenti artificiali tendono a imitare la bassa densità di queste nanostrutture.
Tuttavia, questo documento descrive in dettaglio un approccio completamente diverso. Durante l’esame di superfici come l’occhio di una zanzara, il corpo di una coda di primavera o l’ala di una cicala sotto microscopi elettronici ad alta risoluzione, Wang ha scoperto che i peli nanoscopici su quelle superfici sono più densi, chiamati in ingegneria trame ad alta frazione solida. A seguito di ulteriori esplorazioni, questo significativo allontanamento dalla struttura delle piante può procurare ulteriori benefici idrorepellenti.
Nanostruttura presente già nell’ecosistema
Ciò potrebbe anche significare che le strutture più densamente imballate potrebbero essere in grado di respingere il liquido che si muove a una velocità maggiore, come le gocce di pioggia. Mentre il concetto di design è nuovo per l’uomo, i ricercatori teorizzano che questa nanostruttura aumenta la resilienza degli insetti nel suo ambiente naturale.
Con questa conoscenza derivata dalla natura, i ricercatori sperano di applicare questo principio di progettazione per creare rivestimenti di prossima generazione. Sviluppando una superficie idrorepellente in grado di resistere a movimenti più rapidi e gocce di impatto più elevate, le applicazioni sono abbondanti.
Tuttavia, alla luce della pandemia di COVID-19, i ricercatori da allora hanno capito che queste conoscenze potrebbero avere un impatto aggiuntivo sulla salute umana. “Sebbene non immaginassimo quell’applicazione all’inizio di questo progetto, COVID-19 ci ha fatto riflettere su come possiamo usare questo principio di progettazione a beneficio di più persone”, ha detto Wong.
Sta agli ingegneri prendere queste scoperte e applicarle in modo significativo. Il prossimo passo per questo lavoro sarà lo sviluppo di un metodo su larga scala in grado di fabbricare un rivestimento per imitare queste proprietà.
