A natureza trabalhou por eras para aperfeiçoar as texturas de superfície que protegem, esconder e de outra forma ajudar todos os tipos de criaturas a sobreviver.

Aí está o brilhante, textura de dispersão de luz de asas de borboleta morfo azul, o áspero, textura de redução de resistência da pele de tubarão e pegajosa, ainda com textura repelente de água de pétalas de rosa.

Mas como usar essas texturas e propriedades naturais no mundo da engenharia? Poderia o repelente de água, a textura ultra-hidrofóbica de uma planta de lótus de alguma forma pode ser aplicada a uma asa de aeronave como um dispositivo anti-gelo? As tentativas anteriores envolveram polímeros de moldagem e outros materiais macios, ou padrões de gravação em materiais duros que careciam de precisão e dependiam de equipamentos caros. Mas que tal fazer barato, bioestruturas metálicas moldadas?

Martin Thuo, da Universidade Estadual de Iowa, e os alunos de seu grupo de pesquisa encontraram um caminho em sua busca pela "ciência / inovação econômica, "o que ele descreve como" a capacidade de minimizar custos e complexidade enquanto fornece soluções eficientes para melhorar as condições humanas. "

Para este projeto, eles estão pegando seu desenvolvimento anterior de partículas de metal líquido e usando-as para fazer versões metálicas perfeitamente moldadas de superfícies naturais, incluindo uma pétala de rosa. Eles podem fazer isso sem calor ou pressão, e sem danificar uma pétala.

Eles descrevem a tecnologia que estão chamando de BIOMAP em um artigo publicado recentemente online por Angewandte Chemie , um jornal da Sociedade Química Alemã. Thuo, um professor associado de ciência e engenharia de materiais com uma nomeação de cortesia em engenharia elétrica e da computação, é o autor correspondente. Os co-autores são todos estudantes do estado de Iowa em ciência e engenharia de materiais:Julia Chang, Andrew Martin e Chuanshen Du, alunos de doutorado; e Alana Pauls, uma graduação.

O estado de Iowa apoiou o projeto com royalties de propriedade intelectual gerados por Thuo.

“Este projeto vem de uma constatação de que a natureza tem muitas coisas bonitas que faz, "Thuo disse." A planta de lótus, por exemplo, vive na água, mas não se molha. Gostamos dessas estruturas, mas só conseguimos imitá-los com materiais macios, queríamos usar metal. "

A chave para a tecnologia são as partículas em microescala de metal líquido sub-resfriado, originalmente desenvolvido para soldagem sem calor. As partículas são criadas quando pequenas gotículas de metal (neste caso, o metal do campo, uma liga de bismuto, índio e estanho), são expostos ao oxigênio e revestidos com uma camada de oxidação, aprisionar o metal em um estado líquido, mesmo à temperatura ambiente.

O processo BIOMAP usa partículas de tamanhos variados, todos eles com apenas alguns milionésimos de metro de diâmetro. As partículas são aplicadas a uma superfície, cobrindo-o e ajustando-se à forma de todas as fendas, lacunas e padrões através dos processos autônomos de autofiltração, pressão capilar e evaporação.

Um gatilho químico une e solidifica as partículas umas às outras e não à superfície. Isso permite que réplicas metálicas sólidas sejam retiradas, criando um relevo negativo da textura da superfície. Os relevos positivos podem ser feitos usando a réplica inversa para criar um molde e, em seguida, repetindo o processo BIOMAP.

"Você o levanta, parece exatamente o mesmo, "Thuo disse, notando que os engenheiros puderam identificar diferentes cultivares ou rosas por meio de diferenças sutis nas réplicas metálicas de suas texturas.

Mais importante, as réplicas mantiveram as propriedades físicas das superfícies, assim como na litografia macia baseada em elastômero.

"A estrutura de metal mantém essas propriedades ultra-hidrofóbicas - exatamente como uma planta de lótus ou uma pétala de rosa, "Disse Thuo." Coloque uma gota d'água em uma pétala de rosa de metal, e a gota gruda, mas em uma folha de lótus de metal ela simplesmente flui. "

Essas propriedades podem ser aplicadas às asas de aviões para melhor degelo ou para melhorar a transferência de calor em sistemas de ar condicionado, Disse Thuo.

É assim que uma pequena inovação frugal "pode ​​moldar as delicadas estruturas de uma pétala de rosa em uma sólida estrutura de metal, "Este é um método que esperamos que leve a novas abordagens de fabricação de superfícies metálicas hidrofóbicas com base na estrutura e não nos revestimentos do metal", disse Thuo.