Craig Zuhlke (à esquerda), um professor assistente de pesquisa, e Aaron Ediger, um assistente de pesquisa de pós-graduação, observe como um laser modifica uma pequena amostra de metal. A pesquisa, liderado por Dennis Alexander de Nebraska, está modificando superfícies de metal para imitar propriedades biológicas, incluindo pele de tubarão. A pesquisa é usada principalmente para fins industriais e de defesa. Crédito:Troy Fedderson | Comunicação Universitária
Aperfeiçoado por 450 milhões de anos de evolução, a pele de tubarão oferece um design quase perfeito para deslizar sem esforço na água.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Nebraska-Lincoln liderada por Dennis Alexander está trabalhando para traduzir essa vantagem evolutiva - e outras criadas pela Mãe Natureza - em superfícies de metal. Em última análise, o trabalho dará ao metal as mesmas propriedades únicas, permitindo que seja usado para fins industriais e de defesa.
“Nossas estruturas são muito importantes para os militares, Boeing e NASA, "disse Alexander, Kingery Professor de Engenharia Elétrica e de Computação. "Estamos enfatizando essas estruturas usando essas superfícies em ambientes hostis, mas não há nenhuma superfície de metal que não possamos funcionalizar. "
Sua equipe usa pulsos de laser extremamente curtos - aqueles que duram minúsculas frações de segundo - para alterar apenas a franja de uma superfície de metal. Alterar o ângulo do laser e outros parâmetros cria superfícies que imitam a natureza.
Ao copiar a estrutura microscópica da pele de tubarão em metal, a equipe de pesquisa cria um super-hidrofílico, ou absorção de água, material. Esta propriedade reduz o arrasto e pode ser usada para criar embarcações submersíveis que viajam mais longe debaixo d'água usando menos energia.
Uma amostra de metal modificada para imitar a pele de tubarão repele a água ao ser colocada em um copo. O metal modificado pode algum dia ser usado para criar submersíveis que podem viajar com mais eficiência através da água. Crédito:Troy Fedderson | Comunicação Universitária
As superfícies criadas a laser de Nebraska também melhoram a transferência de calor, uma característica importante em muitos sistemas militares e comerciais.
Outras superfícies naturais estudadas pela equipe de Alexander incluem pétalas de rosa, olhos de besouros e mariposas.
Pétalas de rosa são super-hidrofóbicas, fazendo com que a água da chuva escorregue em contas. Como suas contrapartes super-hidrofílicas, superfícies super-hidrofóbicas reduzem o arrasto. As aplicações incluem suprimentos médicos que repelem líquidos e não podem ser contaminados por sangue ou outros fluidos, metais antibacterianos para substituição da articulação, reduzindo o acúmulo de gelo em semáforos e linhas de energia, e melhorar os trocadores de calor do condensador, incluindo aqueles usados para recuperar água no espaço.
Gotículas de água borradas saem de uma seção do fio usado para transmitir eletricidade. O laboratório de Dennis Alexander está desenvolvendo um projeto que modificará os fios da linha de energia para que repelam a precipitação. O trabalho se mostra promissor na redução da formação de gelo em linhas de transmissão. Crédito:University of Nebraska-Lincoln
A equipe de Alexander está trabalhando com a NASA para melhorar os trocadores de calor. O trabalho tem potencial para antecipar planos para viagens ao espaço profundo, incluindo missões a Marte.
Exoesqueletos de besouros que vivem em regiões desérticas apresentam superfícies que - como a pele de tubarão - são superhidrofílicas. Quando as superfícies de metal que imitam os besouros são colocadas próximas umas das outras, eles geram uma ação de drenagem sem bomba que pode puxar o fluido para cima (veja o gif animado abaixo).
"O conceito poderia ser usado em países (em desenvolvimento) para bombear água para a superfície sem eletricidade, "Alexander disse." Basicamente, é a mesma coisa que a Mãe Natureza faz em árvores e plantas. "
Projetado para voar à noite e evitar a detecção de predadores, olhos de mariposa absorvem um amplo espectro de luz. Ao traduzir essas propriedades de superfície em metal, a equipe cria um metal anti-reflexo que melhora a eficiência do painel solar e torna as aeronaves furtivas mais difíceis de rastrear.
