Похожие статьи
Природа постоянно вдохновляет ученых. Некоторые идеи все еще находятся в стадии исследования, например, сверхтеплые гидрокостюмы, вдохновленные бобром. Но другие виды уже стали частью человеческой жизни, такие как липучка (на основе репейных заусенцев) и японский скоростной поезд (созданный по образцу длинного узкого клюва зимородков).
Цикады вдохновили на недавнее исследование самоочищающихся поверхностей. Статья об этом появилась в The Conversation.
Поддержание чистоты оконных стекол вашего автомобиля может показаться нескончаемой битвой с силами грязи и пыли. Но у насекомых, таких как цикады, есть в запасе увлекательный трюк, благодаря которому их крылья остаются безупречно чистыми без каких-либо усилий со стороны насекомого. И в них может быть ключ к тому, чтобы избавить нас от хлопот, связанных с постоянной уборкой.
В новом исследовании был изучен механизм, лежащий в основе этого процесса самоочищения.
Благодаря своеобразной текстуре крыльев цикад, утренняя роса конденсируется на них и постепенно превращается в маленькие капельки воды. Эти капли удаляют частицы пыли и микроорганизмы, сталкиваясь друг с другом или скатываясь по крыльям насекомого.
Цикады — не единственные насекомые, у которых развились самоочищающиеся органы. У многих бабочек есть крылья, которые могут сами себя очищать. Другие существа, такие как гекконы и листья некоторых растений, таких как лотос и рис, также используют движение капель, чтобы уберечься от пыли, как это делают цикады. Эти движущиеся капли также помогают удалять бактерии, тем самым снижая риск инфекций.
Если жидкость пролита на большинство поверхностей (вспомните перевернутую кружку с кофе), она просто растечется по всему участку и останется там.
Но капли росы ведут себя по-другому на крыльях цикад из-за того, что инженеры называют «супергидрофобностью», или чрезвычайной водоотталкивающей способностью. Поверхность крыльев цикады содержит сложную структуру, состоящую из тысяч крошечных конусов, покрытых воском. Капли воды на крыле принимают форму бусин, потому что они хотят свести к минимуму контакт с поверхностью крыла. Это связано с воском, который отталкивает воду, и коническими наконечниками, которые предотвращают проникновение сферических капель воды в мембрану крыла.
Это похоже на полностью надутый воздушный шарик, помещенный над слоем гвоздей. Он не лопнет, потому что давление распределяется по всем гвоздям. В случае с каплями конусы, покрытые воском, облегчают легкое перемещение капель по крыльям цикады.
Предыдущие исследования показали, что гравитация заставляет крупные капли скатываться по восковым крыльям цикад, собирая многочисленные загрязнения на своем пути.
Однако до сих пор оставалось загадкой, как мелкие капельки, которые слишком малы, чтобы их можно было притянуть силой тяжести, собирали грязь. Выяснилось, что маленькие капельки со временем сливаются со своими соседями.
Слипшаяся капля отскакивает от поверхности вместо того, чтобы скатываться. Во время прыжка капля примет форму, напоминающую воздушный шар, собирающийся оторваться от земли. Исследование показало, что такая форма воздушного шара имеет решающее значение для того, чтобы капли могли уносить грязь с поверхности.
Оказывается, что именно поверхностное натяжение капли жидкости собирает грязь, пока капля имеет форму воздушного шарика. Поверхностное натяжение — это тенденция капель, находящихся под воздействием воздуха, сохранять сферическую форму. Когда капля принимает форму воздушного шарика с грязью под ним, она пытается преобразоваться в сферу. В процессе они непреднамеренно удаляют грязь с поверхности.
Также установлено, что капли воды не могут удалить все загрязнения таким образом. Например, на крыльях цикады капли воды могут удалять мельчайшие частицы песка, но не те, которые состоят из сажи.
Независимо от того, прыгают капли или перекатываются, механизм удаления загрязнений с поверхности остается тем же самым. Когда более крупная капля скатывается мимо грязи, ее поверхность деформируется. Капля попытается сохранить свою естественную сферическую форму, которая, как и в случае слившихся капель, удалит грязь с поверхности.
В будущем инженеры смогут использовать то, что ученые узнали о крыльях цикады, в дизайне продуктов, и, возможно, больше не придется брызгать водой и протирать оконные стекла и другие поверхности, потому что они будут очищаться сами.
Представьте окна небоскребов, солнечные панели и объективы камер наблюдения, которые могут очищаться сами. Супергидрофобное покрытие также может помочь предотвратить образование инея на различных поверхностях зимой — например, на ветровом стекле вашего автомобиля.
Это станет хорошим дополнением к списку предстоящих улучшений нашей существующей инфраструктуры наряду с эффективными солнечными панелями на основе структуры листьев растений и зданиями на основе термитников с более эффективной вентиляцией в городах по всему миру.
Эксклюзивный перевод
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
