Estalar o topo na tinta da casa geralmente atrai as pessoas a olharem para dentro da lata. Mas os pesquisadores de Princeton voltaram seu olhar para cima, para a parte inferior da tampa, onde acontece que esse padrão de gotículas pode inspirar novas maneiras de fazer estruturas microscopicamente pequenas.

O truque está em controlar as gotas, que se formam sob influências concorrentes, como gravidade e tensão superficial. Um novo estudo, publicado em 26 de outubro na revista Nature Communications , explica como uma compreensão mais profunda dessas altamente dinâmicas, às vezes, forças instáveis ​​podem ser aproveitadas para fabricar objetos de forma rápida e barata que normalmente requerem um processo mais caro e demorado.

"Acabamos com os moldes, "disse Pierre-Thomas Brun, professor assistente de engenharia química e biológica em Princeton e investigador principal do estudo. "Não precisamos de uma sala limpa ou qualquer equipamento sofisticado, para que os engenheiros tenham muito mais liberdade no processo de design. "

Usando um silicone comum em dispositivos médicos, a equipe derramou uma fina película líquida sobre a superfície de uma placa, mais ou menos do tamanho de um disco compacto, que eles então viraram de cabeça para baixo por vários minutos enquanto o filme curava. Sem intervenção, o silicone líquido congela em um arranjo irregular de gotículas - muito parecido com a tinta sob uma tampa. Mas gravando a placa com precisão matemática, usando lasers para cortar as marcas, os pesquisadores "semearam" as gotículas em uma rede de hexágonos perfeitos, cada um com uma dimensão uniforme.

"A gravidade quer puxar o fluido para baixo, "disse Joel Marthelot, associado de pesquisa de pós-doutorado em Princeton e autor principal do artigo. "As forças capilares querem que a superfície se deforme minimamente. Portanto, há uma competição entre essas duas forças, o que dá origem à escala de comprimento da estrutura. "

Versões mais sofisticadas do experimento usaram uma centrífuga no lugar da gravidade, o que permitiu que a equipe variasse o tamanho das quedas com um alcance indefinido. Em vez de pratos, nesta versão, eles usaram cilindros de plástico que parecem discos de hóquei transparentes. O excesso de fluido girou e deixou seu padrão previsível de gotas curadas. A técnica trabalhou até o limite de suas máquinas, que produziu uma rede de estruturas que eram cada uma em torno de 10 mícrons, uma fração da largura de um cabelo humano. As estruturas, que são protótipos, simular os tipos de lentes gelatinosas comuns em smartphones.

"Quanto mais rápido ele gira, quanto menores as gotas, "Marthelot disse, observando que eles poderiam fazer estruturas ainda menores do que o que eles haviam alcançado até agora. "Não sabemos realmente o limite de nossa técnica. Apenas o limite de nossa centrífuga."

De acordo com Brun, os engenheiros geralmente consideram os tipos de instabilidades mecânicas que causam esse comportamento como uma espécie de nêmesis. Eles são os limites físicos que determinam as cargas de peso ou capacidades de calor. "Nesse caso, " ele disse, "Tiramos vantagem de algo que normalmente é visto como ruim. Nós o domesticamos e o tornamos funcional, transformando-o em um caminho para a fabricação."

A técnica pode ser facilmente expandida para fabricação em grande escala, disseram os pesquisadores. Conforme seus métodos evoluem, eles planejam criar dispositivos biomiméticos, como uma lente composta inflável que imita o olho de um inseto, ou soft robôs que podem ser usados ​​em tecnologias médicas.

"Pode-se imaginar uma ampla gama de aplicações futuras em potencial, "disse Jörn Dunkel, professor associado de matemática do Massachusetts Institute of Technology, "desde superfícies redutoras de arrasto ou super-hidrofóbicas até microlentes e tapetes ciliares artificiais."