Natureza, neste caso, plantas de jarro, prova ser a inspiração da ciência mais uma vez. Os cientistas têm estudado as plantas carnívoras, na esperança de replicar suas superfícies escorregadias. iStockphoto / Thinkstock p "Suponha uma superfície completamente sem atrito." Quantas vezes vimos essa afirmação em nossa aula de física do ensino médio? E quantas vezes nos perguntamos por que nossos professores estavam tão ansiosos para que vivêssemos em um mundo de fantasia? Agora, graças a um grupo de cientistas conhecido como tribologistas , a perspectiva de eliminar o atrito entre duas superfícies em interação está rapidamente se tornando uma realidade.
p Está sendo feito de maneiras interessantes, também. Por exemplo, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard estudou as folhas da planta carnívora, que apresentam cristas microscópicas que prendem uma camada de néctar líquido entre eles. A superfície é tão escorregadia que os insetos que pousam nas folhas deslizam e caem nas profundezas, bolsas em forma de jarro, onde as enzimas os engolem. De volta ao laboratório, os pesquisadores duplicaram o declive escorregadio do jarro criando uma rede aleatória de nanoposts repelentes de água e nanofibras revestidas de Teflon e, em seguida, mergulhando-os em um líquido rico em flúor. O líquido formou uma camada entre as nanoestruturas, evitando que água e outros materiais fluam entre eles e criando uma superfície quase antiaderente.
p O que as superfícies sem atrito podem fazer por você? Nós vamos, todos nós viramos alguns ovos em frigideiras antiaderentes, mas isso é apenas a ponta de um iceberg superliso.
Biofilme de areia! Imagem cortesia do Lewis Lab da Northeastern University. Imagem criada por Anthony D'Onofrio, William H. Fowle, Eric J. Stewart e Kim Lewis. p Biofilmes - tapeçarias de micróbios, como bactérias ou fungos, que crescem presos a um substrato sólido - causam muitos problemas para os profissionais de saúde. De acordo com o National Institutes of Health, a formação de biofilme é responsável por 65% de todas as infecções microbianas humanas [fonte:Ames]. Você pode pensar que a limpeza meticulosa é a resposta para o problema, mas os biofilmes teimosamente resistem ao esfregar. Eles também tendem a ignorar os efeitos dos antibióticos. A melhor solução envolve evitar que as bactérias se fixem em um substrato em primeiro lugar. Olá, superfície sem fricção!
p Um biofilme começa sua vida quando alguns microrganismos despreocupados passam por uma bancada ou instrumento cirúrgico e grudam, seja por meio de moléculas de adesão pegajosas ou estruturas conhecidas como pili . Uma vez anexado, este pequeno grupo de células secreta um substância polimérica extracelular , ou EPS , que atua como cimento para manter as células - e sua progênie - permanentemente no lugar. Mas se você pode interromper o processo de anexação, você pode impedir a formação do biofilme.
p Isso é exatamente o que uma equipe de cientistas da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, fez. Ao revestir superfícies de laboratório e dispositivos médicos, como cateteres, com um polímero de acrilato semelhante aos usados na indústria de plásticos, os pesquisadores conseguiram evitar que os pioneiros das bactérias se firmassem. O resultado:eles encontraram uma redução de 97 por cento na cobertura do Staphylococcus aureus bactéria [fonte:Ames].
Seu mundo de condimentos está prestes a ser abalado, camarada. Livre de estoque de TI / Thinkstock p Na década de 1970, A Heinz construiu uma campanha publicitária inteira em torno de sua superdensa, ketchup amigo da fricção. A campanha pegou emprestado o sucesso de Carly Simon, "Antecipação", e exaltou as virtudes de um "sabor que vale a pena esperar".
p Pelo visto, a indústria de food service não acha que vale a pena esperar o desperdício. Ketchup, mostarda, maionese e molho de churrasco que não podem ser extraídos das garrafas significam perda de receita para proprietários de restaurantes e famílias que tentam esticar seus orçamentos de mercearia. Cerca de 1 milhão de libras (453, 592 kg) de molhos e temperos colados são jogados fora a cada ano em todo o mundo, de acordo com o Varanasi Research Group, uma equipe de engenheiros mecânicos e nanotecnologistas do Massachusetts Institute of Technology. Depois, há a questão da tampa grande necessária para retirar os condimentos das garrafas de apertar. Eliminar a necessidade de uma tampa tão grande reduziria a quantidade de plástico que entra em uma única garrafa, que poderia manter 25, 000 toneladas de produtos derivados do petróleo fora do fluxo de resíduos a cada ano [fonte:LiquiGlide].
p A mesma equipe louca de condimentos do MIT tem uma solução:cubra o interior das garrafas com um material exclusivo que evita o ketchup, maionese ou qualquer outro tipo de molho grude na superfície. A maioria dos revestimentos semelhantes contém nanolubrificantes que você pode não querer ingerir, mas o pessoal de Cambridge desenvolveu um material seguro para alimentos que, segundo eles, é completamente insípido e não tóxico. Eles chamam isso LiquiGlide e descrevê-lo como um "líquido estruturado" - rígido como um sólido, mas escorregadio como um líquido. Unte o interior de uma garrafa de condimento com LiquiGlide, e o conteúdo desliza como, Nós vamos, cocô de um ganso.
O submarino Los Angeles Class Attack USS Chicago (SSN 721) completa uma manobra de treinamento na costa da Malásia em julho de 2001. Meio que faz você perceber como o atrito pode ser uma força formidável para uma fera como aquela. Imagem cortesia da Marinha dos EUA / Companheiro de fotógrafo de 1ª classe Kevin H. Tierney p Os engenheiros são obcecados pelo design de submarinos há mais de 200 anos, mas eles não conseguiram eliminar um de seus problemas mais incômodos - arrasto de fricção , uma força que se opõe ao movimento para a frente quando a água adere à superfície do casco externo. De acordo com algumas estimativas, essa "fricção superficial" é responsável por cerca de 65% da resistência dos submarinos [fonte:Pike].
p Uma solução? Um sistema de ejeção de polímero. Em tal sistema, o polímero é armazenado em um tanque e então ejetado por uma série de portas conforme o submarino se move. O polímero flui sobre a superfície e reduz a interação das moléculas de água com a superfície. Infelizmente, o sistema também aumenta o peso da embarcação.
p Agora os cientistas podem ter um truque melhor:revestir os submarinos com uma superfície antiaderente feita de uma nanotecnologia revolucionária. O material não parece extraordinariamente especial a olho nu. Mas se você olhar sob um microscópio, você vê que ele contém pequenas agulhas espaçadas apenas alguns milionésimos de um metro de distância. As agulhas descansam, como uma camada de grama, em uma superfície de Teflon. Quando a água atinge o material, ele encontra o ar preso nos espaços entre as agulhas. E isso torna o material extremamente escorregadio - 99% menos pegajoso do que uma superfície normal de Teflon sem as agulhas de tamanho nano [fonte:BBC News]. p Submarinos revestidos de nanotecnologia teriam muito menos resistência ao atrito e exigiriam menos combustível para impulsioná-los. E, Sim, uma capa de chuva feita do mesmo material protegeria você muito melhor do que a capa impermeável mais cara do London Fog.
Um degelo limpa a neve de um Stratotanker KC-135 antes de decolar da Base Aérea de Manas, Quirguistão, com destino ao Afeganistão. Imagem cortesia da Força Aérea dos EUA / Tech. Sgt. Matthew McLean p As asas dos aviões fornecem uma quantidade significativa de sustentação - desde que mantenham sua forma de fábrica. Cubra uma asa com uma camada fina de neve ou gelo, Contudo, e você interrompe sua capacidade de manter um avião no ar. Na verdade, por algumas estimativas, o acúmulo de gelo pode reduzir a sustentação em até 25 por cento, é por isso que as tripulações de solo e de vôo se preocupam tanto com o degelo durante as viagens aéreas no inverno [fonte:Kaydee].
p O método testado e comprovado para remover o gelo envolve uma estratégia de três etapas. Durante a primeira etapa, degelo, as equipes de solo do aeroporto borrifam uma solução quente de glicol e água nas asas de um avião. Isso derrete o gelo existente, mas faz pouco para evitar a formação de novo gelo. Conseguir isso requer uma etapa anti-gelo e um segundo tipo de fluido, que contém mais glicol e um aditivo adicional para fazê-lo agarrar-se à superfície da asa durante a decolagem. Quando uma aeronave atinge sua altitude de cruzeiro, os líquidos tornam-se menos eficazes na luta contra a precipitação congelada. Os pilotos de jato resolvem o problema desviando parte do calor dos motores para a tubulação nas asas. Os pilotos de aviões movidos a hélice contam com botas de borracha que inflam e esvaziam para tirar o gelo das asas e da cauda.
p Mas e se você pudesse construir um avião com uma superfície tão lisa que o gelo não se forma? Vários tipos de nanotecnologia podem em breve tornar isso uma realidade. Cientistas da GE Global Research desenvolveram um nanotextured, revestimento superhidrofóbico (ou repelente de água) que reduz drasticamente a adesão do gelo nas superfícies das asas. E uma equipe da North Carolina State University está experimentando um polímero antiaderente que funciona junto com um substrato elástico. O polímero é aplicado ao substrato quando o material elástico é ligeiramente esticado. Quando a tensão é aliviada, o substrato puxa as moléculas de polímero juntas em uma configuração superdensa. As asas de avião revestidas com polímeros livres de fricção resistem a serem revestidas por qualquer coisa - até mesmo gelo.
A estação de metrô Times Square em 1974 testemunha o que tem sido um problema de décadas para inúmeras cidades. Erik Calonius / Arquivos Nacionais p É improvável que grafiteiros apareçam na lista dos Dez Fugitivos Mais Procurados do FBI, mas as cidades e municípios levam muito a sério esse tipo específico de vandalismo. Chicago gastou US $ 4,1 milhões em 2012 em seu programa anti-graffiti e, em 2011, removido 137, 459 exemplos de obras de arte pintadas com spray de pontes, edifícios e placas [fonte:Novak]. Em Los Angeles, o problema - e o orçamento necessário para resolvê-lo - é ainda maior. É muito dinheiro e mão de obra que poderia ser direcionada para outros serviços sociais e programas municipais.
p As equipes de limpeza de graffiti usam uma variedade de técnicas para limpar a arte ilícita - repintura, remoção química e lavagem de energia. Infelizmente, alguns desses métodos podem produzir uma monstruosidade maior do que o próprio vandalismo. Entre na parede repelente de graffiti, que apresenta um material antiaderente que resiste à adesão da tinta ou torna a remoção muito mais fácil porque a tinta não interage com a superfície protegida. Os cientistas criaram um desses materiais para imitar as folhas da flor de lótus. A superfície dessas folhas apresenta uma intrincada série de cristas microscópicas revestidas de cera. As cristas prendem o ar entre eles e, como resultado, a água que cai na folha forma gotículas individuais que simplesmente rolam. Uma parede ou placa revestida com tal material - uma nanoestrutura construída em laboratório, mas inspirada pela natureza - frustraria os grafiteiros e provavelmente deixaria os prefeitos muito, muito feliz.
Tenho certeza que ela pode encontrar coisas melhores para fazer com seu tempo, como ir ao playground. Vamos, carros autolimpantes! iStockphoto / Thinkstock p Algumas pessoas adoram lavar seus carros, mas muitas pessoas gostariam de ter um visual recém-saído do showroom sem todo o esforço. E não se esqueça do impacto ambiental da lavagem de carros, que drena as reservas de água e derrama poluentes em áreas úmidas ameaçadas. Se ao menos nossos carros pudessem se limpar.
p Graças a alguns pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, na Holanda, podemos estar mais perto de um Prius perpetuamente polido. Os cientistas não inventaram uma nanotecnologia totalmente nova. Em vez de, eles pegaram um produto resistente à água existente, já em uso em alguns veículos, e o tornou melhor. O revestimento original funcionou porque veio embutido com nanocápsulas em sua superfície. Essas minúsculas cápsulas repeliam água e continham agentes de limpeza ou gotículas de tinta, de modo que, quando se rompiam, digamos por um arranhão de tecla, eles liberaram seu conteúdo e "curaram" a mancha. Infelizmente, as cápsulas tinham uma vida útil limitada. Para estender as propriedades de autolimpeza / cura do revestimento, os cientistas holandeses redesenharam sua nanoestrutura para que as cápsulas fiquem em hastes. Quando uma combinação cápsula / haste é perturbada, outra haste subjacente sobe e se orienta na superfície para restaurar o acabamento de fábrica.
p Carros armados com esse novo revestimento precisarão de pouco mais do que uma boa chuva para lavar a sujeira e a sujeira. E excrementos de pássaros respingados em sua porta ou capô podem ser uma coisa do passado.
Até que a casa do futuro esteja aqui, você pode ocasionalmente encontrar esse cara em seu banheiro. Vamos deixar você decidir se isso é bom ou ruim. iStockphoto / Thinkstock p Os varejistas não são as únicas pessoas que anseiam pelo dia depois do Dia de Ação de Graças. Pelo visto, encanadores também adoram a Black Friday, que, de acordo com pelo menos uma fonte, é o horário nobre para canos entupidos no banheiro e na cozinha [fonte:Henkenius]. Embora essa relação peculiar pareça um pouco misteriosa (embora tenhamos certeza de que o tio Fred tem algo a ver com isso), os comos e porquês dos tamancos são conhecidos há anos. Eles começam quando uma pequena quantidade de detritos se agarra ao interior de um tubo e, em seguida, atua como um núcleo sobre o qual outro material é coletado. Por exemplo, se você esvaziar graxa na pia da cozinha, A graxa gruda nas laterais do tubo e as partículas de comida grudam na graxa. À medida que a obstrução aumenta com o tempo, a água volta atrás do bloqueio.
p Na casa do futuro, todos os tubos serão revestidos com um revestimento sem atrito. Isso impedirá que os detritos grudem e tornará praticamente inexistentes as obstruções. Muitas empresas comerciais já investiram em tecnologia semelhante. Fabricantes de produtos químicos, por exemplo, comumente usam tubos revestidos com politetrafluoroetileno, ou PTFE. Você pode reconhecer o PTFE por sua marca mais comum - Teflon, o mesmo material revestindo suas panelas e frigideiras antiaderentes. Quando usado em tubos e tubulações, O PTFE evita incrustações e obstruções. Também minimiza a resistência a fluidos, o que torna os ambientes de fabricação muito mais eficientes.
p Até que você possa obter tubos revestidos de Teflon em sua casa, talvez seja melhor mandar as malas para o tio Fred. Ou estocar êmbolos e limpadores químicos de drenagem.
O destróier de mísseis guiados classe Arleigh Burke USS McCampbell (DDG 85) cruza o Mar de Andaman em outubro de 2012. Livrar o USS McCampbell e outros navios em sua classe de crustáceos de água salgada pode custar à Marinha milhões de dólares anualmente. Imagem cortesia da Marinha dos EUA / Especialista em comunicação de massa, 3ª classe Justin A. Johndro p A menos que você tenha um navio marítimo, você provavelmente não perde muito sono por causa das cracas. Mas para marinhas, marinas e barcos de pesca comercial, é uma preocupação séria. Um estudo de 2011 conduzido por pesquisadores da Academia Naval dos Estados Unidos descobriu que bioincrustação - esse é o termo sofisticado usado para descrever o que acontece quando os pequenos crustáceos de água salgada aderem a um casco ou hélice e diminuem a eficiência da embarcação - custa à Marinha US $ 56 milhões por ano ou US $ 1 bilhão em 15 anos [fonte:Schultz]. E isso é apenas para uma classe de navios - os destruidores de mísseis guiados classe Arleigh Burke.
p A maioria desses custos envolve um processo de limpeza e pintura que existe há séculos. Primeiro, o navio é colocado em doca seca, em seguida, os trabalhadores raspam as cracas do casco e das pás da hélice. Finalmente, tratam as superfícies expostas com tinta contendo estanho ou cobre. Os metais da tinta são tóxicos para as larvas das cracas, impedindo-os de se estabelecerem e encontrarem um lar permanente. Mas a tinta desgasta com o tempo, o que significa que os navios devem ser limpos repetidamente ao longo de suas vidas.
p Felizmente, os cientistas descobriram o que pode ser uma abordagem melhor. Depois de aprender que as cracas preferem superfícies lisas, eles criaram um material microtexturado contendo minúsculos picos e vales com tamanhos de 1 a 100 micrômetros. Em seguida, eles expuseram o material à água do mar cheia de cracas para medir a quantidade de fixação ocorrida. Eles descobriram que quando a topografia da textura da superfície permaneceu na faixa de 30 a 45 micrômetros, o assentamento e fixação de cracas foram reduzidos em 92% em comparação com superfícies lisas [fonte:Berntsson]. A pesquisa pode levar ao primeiro antiaderente, navio destruidor de cracas do futuro.
Ai credo. Apenas eca. É tudo o que temos a dizer sobre essa parede de gengiva. iStockphoto / Thinkstock p Se você é um amante de chiclete, especialmente aquele que vive na selva de concreto de qualquer grande cidade, mastigar isso:toda vez que você cuspir um pedaço dessa substância pegajosa no chão, você acaba pagando por isso na forma de impostos mais altos. Isso mesmo, raspar chiclete descartado de calçadas e ruas requer produtos químicos, limpadores a vapor, lavadoras de energia e operadores para fazer o trabalho sujo. Em Charleston, S.C., a cidade gasta US $ 200 por mês apenas para manter três postes de serviços públicos em seu distrito City Market livres de maços rebeldes. E em Ocean City, Md., dois funcionários municipais passam três semanas a cada outono limpando as calçadas em uma área de 14 quarteirões próxima ao calçadão [fonte:Bryant]. Não é um problema novo, qualquer. Em 1939, como parte da campanha do prefeito La Guardia contra o chiclete, mais que 20, 000 maços de coisas pegajosas foram removidos de um local na Times Square [fonte:Stead].
p Uma empresa de polímeros sediada no Reino Unido - a Revolymer - está trabalhando para tornar esse problema específico uma coisa do passado. Seus cientistas criaram uma goma revolucionária, Rev7, que pode ser facilmente removido de uma variedade de superfícies, incluindo calçadas pavimentadas, tapetes, têxteis e vestuário. Para dar ao Rev7 suas propriedades antiaderentes, a empresa adiciona um produto químico à base de goma que é tanto hidrofílico (que adora água) quanto hidrofóbico (que odeia água ou adora óleo). A afinidade do polímero pelo óleo torna a goma macia e flexível, mas sua atração pela água significa que a goma sempre tem uma película de água ao redor, mesmo quando não está na boca de alguém. É esta película de água que permite a alguém retirar o Rev7 de qualquer superfície.
p Não que isso lhe dê uma desculpa para cuspir o chiclete onde e quando quiser. Miss Manners sugere que todos os chicletes, mesmo o tipo sem atrito, devem ser descartados de maneira adequada.
O LZR Racer em exibição no verão de 2008 Imagem cortesia de Kazuhisa Otsubo / Cytech (licenciado sob a licença CC BY 2.0) p Quer nadar como um tubarão? Então você tem que ter pele de tubarão. Isso parece impossivel, mas se você vestir um macacão de alta tecnologia, como o LZR Racer da Speedo, então você está um passo mais perto. A roupa usa painéis de poliuretano para prender o ar e comprimir o corpo para aumentar a flutuabilidade da roupa e reduzir o arrasto. Mas isso é apenas o começo. O tecido do LZR Racer é revestido com nanopartículas hidrofóbicas que realmente repelem a água e diminuem o atrito ao longo do corpo do nadador. Depois que esses macacões foram introduzidos pouco antes das Olimpíadas de 2000 em Sydney, Austrália, nadadores competitivos quebraram muitos recordes mundiais, levando à sua eventual proibição nas Olimpíadas de Londres 2012 [fonte:Dorey].
p Eventualmente, ternos ainda melhores podem ser possíveis - e eles podem se parecer cada vez mais com escamas de tubarão reais, que são nervuradas com ranhuras longitudinais. Esta superfície áspera reduz a formação de redemoinhos ao longo do corpo de um tubarão nadador, permitindo que eles deslizem pela água como um míssil quase sem fricção. A Speedo continua a experimentar texturas inspiradas em tubarões para aprimorar o design de seus maiôs, mesmo se os atletas olímpicos nunca conseguirem usá-los em uma competição. Isso não deve impedi-lo, Contudo, de escorregar para uma segunda pele e afastar a competição na piscina local.
