Τα
τζιτζίκια θα μπορούσαν να κρύβουν το μυστικό για αυτοκαθαριζόμενες επιφάνειες
Η φύση εμπνέει τους επιστήμονες όλη την ώρα. Ορισμένες ιδέες βρίσκονται ακόμα υπό έρευνα, όπως ισοθερμικές στολές για θαλάσσια σπορ εμπνευσμένες από το δέρμα του κάστορα. Άλλες, είναι ήδη μέρη της ανθρώπινης ζωής, όπως το «velcro» (Αυτοκόλλητες Ταινίες) (βασισμένο στην κολλητική ιδιότητα του φυτού της κολλητσίδας) και το ιαπωνικό «bullet train» (βασισμένο στο μακρύ στενό ράμφος των αλκυόνων).
Τα τζιτζίκια ενέπνευσαν την πρόσφατη έρευνα της ομάδας μου για τις αυτοκαθαριζόμενες επιφάνειες.
Το να διατηρείτε τα τζάμια του αυτοκινήτου σας πεντακάθαρα μπορεί να μοιάζει σαν μια ατελείωτη μάχη ενάντια στις δυνάμεις των ρύπων και της σκόνης. Όμως, τα έντομα όπως τα τζιτζίκια κρύβουν έναν συναρπαστικό άσσο στα μανίκια τους, που τους επιτρέπει να κρατούν τα φτερά τους πεντακάθαρα, χωρίς το έντομο να καταβάλλει καμία προσπάθεια. Και μπορεί να κρύβει το κλειδί για να μας γλιτώσει από την ταλαιπωρία του συνεχούς καθαρισμού.
Η μελέτη της ομάδας μου εστίασε στη διερεύνηση του μηχανισμό πίσω από αυτή τη διαδικασία αυτοκαθαρισμού.
Χάρη στην ιδιόμορφη υφή των φτερών του τζιτζικιού, η πρωινή δροσιά συμπυκνώνεται πάνω τους και σταδιακά διαμορφώνεται σε μικρές σταγόνες νερού. Αυτά τα σταγονίδια απομακρύνουν τα σωματίδια σκόνης και τους μικροοργανισμούς καθώς συγκρούονται μεταξύ τους ή κυλούν στα φτερά του εντόμου.
Τα τζιτζίκια δεν είναι τα μόνα έντομα που έχουν εξελίξει την ικανότητα του αυτοκαθαρισμού. Πολλές πεταλούδες έχουν φτερά που μπορούν να αυτοκαθαριστούν. Άλλα πλάσματα όπως τα γκέκο και ορισμένα φύλλα φυτών, όπως ο λωτός και το ρύζι, χρησιμοποιούν επίσης την κίνηση των σταγονιδίων για να παραμείνουν απαλλαγμένα από τη σκόνη όπως κάνουν τα τζιτζίκια. Αυτά τα κινούμενα σταγονίδια βοηθούν επίσης στην απομάκρυνση των βακτηρίων, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο λοιμώξεων.
Νερό σε μορφή «χαντρών» σε ένα φύλλο λωτού. tanakawho/flickr
Εάν ένα υγρό χυθεί στις περισσότερες επιφάνειες (σκεφτείτε για παράδειγμα μια αναποδογυρισμένη κούπα καφέ) απλά θα εξαπλωθεί σε όλη την περιοχή και θα παραμείνει εκεί.
Ωστόσο, τα σταγονίδια δροσιάς συμπεριφέρονται διαφορετικά στα φτερά του τζιτζικιού λόγω ενός φαινομένου που οι μηχανικοί αποκαλούν «υπερ-υδροφοβία» ή ακραία υδατοαπωθητικότητα. Η επιφάνεια των φτερών του τζιτζικιού διαθέτει μια πολύπλοκη διάταξη από χιλιάδες μικροσκοπικούς κώνους επικαλυμμένους με κερί. Οι σταγόνες νερού στο φτερό παίρνουν σχήμα σαν σφαιρίδιο επειδή θέλουν να ελαχιστοποιήσουν την επαφή με την επιφάνεια του φτερού. Αυτό οφείλεται τόσο στο κερί που απωθεί το νερό, όσο και στις κωνικές άκρες, που εμποδίζουν τα σφαιρικά σταγονίδια νερού να διεισδύσουν στη μεμβράνη του φτερού.
Αυτό θα μπορούσε να παρομοιαστεί με ένα πλήρως φουσκωμένο μπαλόνι τοποθετημένο πάνω από ένα κρεβάτι με καρφιά. Το μπαλόνι δεν θα σκάσει επειδή η πίεση κατανέμεται σε όλα τα καρφιά. Στην περίπτωση των σταγονιδίων, οι επικαλυμμένοι με κερί κώνοι διευκολύνουν την αβίαστη κίνηση των σταγονιδίων στα φτερά του τζιτζικιού.
Απεικόνιση καλλιτέχνη μιας σταγόνας νερού (η
συλλογή των μπλε μορίων) που πηδά από το φτερό ενός τζιτζίκι που μεταφέρει έναν
ρύπο (κόκκινο σωματίδιο) μακριά από αυτό. S. Perumanath
Σταγονίδια νερού που «πηδάνε και κυλάνε»
Προηγούμενες μελέτες έδειξαν ότι η βαρύτητα, κάνει τα μεγαλύτερα σταγονίδια να κυλούν στα κηρώδη φτερά των τζιτζικιών, μαζεύοντας πολυάριθμους ρύπους κατά τη διάρκεια του ταξιδιού τους.
Ωστόσο, μέχρι τώρα, το ερώτημα πώς τα μικρότερα σταγονίδια (τα οποία είναι πολύ μικρά για να έλκονται από τη βαρύτητα) μάζευαν τους ρύπους, παρέμενε αναπάντητο. Η μελέτη της ομάδας μας, έδειξε ότι τα μικρά σταγονίδια, με την πάροδο του χρόνου, συγχονεύονται με τα γειτονικά τους.
Το συγχωνευμένο σταγονίδιο πηδά από την επιφάνεια αντί να κυλήσει. Κατά τη διάρκεια του άλματος, το σταγονίδιο θα πάρει ένα σχήμα που μοιάζει με αερόστατο που πρόκειται να απογειωθεί από το έδαφος. Η μελέτη μας, έδειξε ότι αυτό το σχήμα αερόστατου είναι ζωτικής σημασίας, ώστε να μπορούν τα σταγονίδια να μεταφέρουν τους ρύπους και τη σκόνη στην επιφάνεια κατά κίνησή τους.
Σταγονίδια νερού που «πηδούν» :
Οι σταγόνες νερού πλησιάζουν η μία την άλλη, συγχωνεύονται, τραβούν το σωματίδιο σκόνης από κάτω και πηδούν μακριά μεταφέροντάς το από την επιφάνεια. Η διαμόρφωση του μπαλονιού θερμού αέρα φαίνεται στην τρίτη εικόνα. S. Perumanath
Αποδεικνύεται ότι είναι η επιφανειακή τάση του υγρού σταγονιδίου που μαζεύει τη βρωμιά γίνεται καθώς το σταγονίδιο έχει πάρει τη μορφή αερόστατου. Η επιφανειακή τάση είναι η τάση των σταγονιδίων που εκτίθενται στον αέρα να διατηρούν ένα σφαιρικό σχήμα. Όταν ένα σταγονίδιο σχηματίζει το σχήμα αερόστατου με τους ρύπους από κάτω του, θα προσπαθήσει αναπόφευκτα να αναμορφωθεί ως σφαίρα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αυτής, αφαιρεί ακούσια τη βρωμιά από την επιφάνεια.
Παρατηρήσαμε επίσης, ότι τα σταγονίδια νερού δεν μπορούν να αφαιρέσουν όλα τα είδη ρύπων με αυτόν τον τρόπο. Για παράδειγμα, στα φτερά του τζιτζικιού, οι σταγόνες νερού μπορεί να είναι σε θέση να αφαιρέσουν μικροσκοπικά σωματίδια άμμου αλλά όχι εκείνα που είναι κατασκευασμένα από αιθάλη (ακάθαρτα σωματίδια άνθρακα που προκύπτουν από την ατελή καύση των υδρογονανθράκων).
Βρήκαμε επίσης ότι, ανεξάρτητα από το αν τα σταγονίδια πηδούν ή κυλούν, ο μηχανισμός για την απομάκρυνση των ρύπων από μια επιφάνεια παραμένει ο ίδιος. Καθώς ένα μεγαλύτερο σταγονίδιο κυλά πάνω από τους ρύπους, η επιφάνειά του θα παραμορφωθεί. Το σταγονίδιο θα προσπαθήσει να διατηρήσει το φυσικό του σφαιρικό σχήμα, το οποίο, όπως συμβαίνει και στα συγχωνευμένα σταγονίδια, θα τραβήξει τους ρύπους από την επιφάνεια.
Φυσική μηχανική
Στο μέλλον, οι μηχανικοί μπορούν να ενσωματώσουν ό,τι μάθαμε για τα φτερά των τζιτζικιών στον σχεδιασμό προϊόντων και μπορεί να μην χρειάζεται να ρίχνουμε νερό και να σκουπίζουμε πια τα τζάμια και άλλες επιφάνειες γιατί θα καθαρίζονται από μόνα τους.
Φανταστείτε παράθυρα ουρανοξυστών, φωτοβολταϊκά και φακούς από κάμερες ασφαλείας που μπορούν να αυτό-καθαριστούν. Μια υπερ-υδρόφοβη επίστρωση μπορεί επίσης να βοηθήσει στην αποφυγή σχηματισμού πάγου σε διάφορες επιφάνειες το χειμώνα - όπως το παρμπρίζ του αυτοκινήτου σας.
Αυτό θα είναι μια καλή προσθήκη στη λίστα της επικείμενης αναβάθμισης της υπάρχουσας υποδομής μας, μαζί με αποδοτικά ηλιακά πάνελ (φωτοβολταϊκά) εμπνευσμένα από τη δομή των φύλλων φυτών και κτίρια εμπνευσμένα από τύμβους τερμιτών με πιο αποτελεσματικό εξαερισμό σε πόλεις σε ολόκληρο τον κόσμο.
Πρωτότυπος τίτλος του άρθρου :
Cicadas could hold the secret to self-cleaning
surfaces – new study
Sreehari Perumanath Leverhulme Early Career Fellow, University of
Warwick
Απόδοση στα Ελληνικά:
Μανώλης Καπάνταης
Δασολόγος - Περιβαλλοντολόγος
ΑΝΑΡΤΗΣΗ: Αικατερίνη Τσώνη
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου