Um vórtice na atmosfera pode se agitar com força suficiente para criar um tufão. Mas vórtices mais sutis se formam constantemente na natureza. Muitos deles são pequenos demais para serem vistos a olho nu.

Quando simples, ou fluidos "newtonianos" (como água) fluem muito rápido ou ao longo de um caminho curvo, desenvolvem-se vórtices rodopiantes. Sua formação custa energia e aumenta a "força de arrasto, "para que mais energia seja necessária para mover um fluido na direção desejada. Em grandes infraestruturas como oleodutos, a entrada de energia extra necessária para bombear o fluido tem um custo financeiro significativo. Ao adicionar pequenas quantidades de polímeros ao óleo, os cientistas podem reduzir a intensidade dos vórtices; o óleo fluirá na mesma velocidade, mas com uma pressão de bombeamento reduzida, economizando energia e dinheiro. Embora esse fenômeno seja conhecido desde a década de 1940, muitas questões permanecem sobre exatamente como os polímeros funcionam.

Embora onipresente no meio ambiente, os vórtices têm se mostrado difíceis de capturar e estudar em laboratório. Recentemente, Contudo, pesquisadores da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) criaram uma maneira de examinar esses redemoinhos de pequena escala com o auxílio de um dispositivo desenvolvido especialmente para esse fim. Publicado no jornal Revisão Física X , seu artigo recente examina a formação de vórtices em fluidos com e sem polímeros adicionados.

"Podemos ver efeitos muito dramáticos, mesmo com concentrações muito pequenas de polímero adicionado, "disse Noa Burshtein, primeiro autor no artigo e um Ph.D. estudante da OIST.

Usando um dispositivo "microfluídico" impresso em 3-D - um pequeno bloco de vidro contendo um par de canais microscópicos não muito mais largos do que um fio de cabelo humano - os cientistas foram capazes de criar um vórtice que poderia ser facilmente examinado ao microscópio. Os pesquisadores primeiro estudaram a formação de vórtices na água, usando partículas traçadoras, que permitem aos cientistas rastrear o movimento de um fluido. Próximo, eles introduziram pequenas quantidades de polímeros na água. Eles descobriram que a adição de apenas uma parte por milhão de polímero ajudou o fluido a fluir mais suavemente.

Os pesquisadores do OIST colaboraram com colegas da Universidade de Liverpool, que realizou simulações de computador dos experimentos para ajudar a entender como os polímeros - moléculas elásticas que se comportam um pouco como molas microscópicas - afetam o fluxo.

“Com o auxílio das simulações, fomos capazes de mostrar claramente onde os polímeros se estendem em regiões muito específicas do fluxo, e como isso atua para suprimir a formação e o crescimento do vórtice, "disse o Dr. Simon Haward, autor correspondente do artigo e líder do grupo na Unidade Micro / Bio / Nanofluídica do OIST.

Seu trabalho tem inúmeras aplicações em pequenas e grandes escalas. Por exemplo, pequenas quantidades de polímeros são usadas para melhorar a circulação sanguínea em pacientes com coração enfraquecido. Essas moléculas também podem ser usadas para suprimir a fragmentação do jato - quando muitas pequenas gotículas de forma fluida - o que ajuda a melhorar a resolução das impressoras a jato de tinta. Os polímeros também ajudam a suprimir vórtices em infraestrutura de grande escala, como oleodutos e esgotos.

"Nossa descoberta também tem implicações para otimizar fluxos em dispositivos lab-on-a-chip sendo desenvolvidos para diagnóstico microfluídico e aplicações biomédicas, "disse Amy Shen, professor da Unidade de Micro / Bio / Nanofluídica do OIST e co-autor do artigo.

Os cientistas disseram que esperam desenvolver o estudo em pesquisas futuras.

"É muito emocionante revelar o efeito do polímero tão claramente pela primeira vez, "disse Haward.