p Uma equipe de alunos trabalhando com Jonathan Boreyko, professor associado de engenharia mecânica na Virginia Tech, descobriu o método que os patos usam para suspender a água em suas penas durante o mergulho, permitindo que eles o sacudam ao subirem à superfície. A descoberta abre as portas para aplicações em tecnologia marítima. As descobertas foram publicadas em Materiais e interfaces aplicados ACS . p Boreyko tem um trabalho bem estabelecido na área de mecânica dos fluidos, incluindo a invenção de uma harpa de névoa e o uso de contidas, vapor recirculado como dispositivo de resfriamento. Conforme sua pesquisa progrediu ao longo da última década, a mecânica de desumidificação dos patos tem sido um de seus projetos mais antigos.

p "Tive essa ideia quando estava na Duke University, "disse Boreyko." Eu tinha uma vaga de estacionamento muito ruim, mas minha caminhada me levou direto pelos cênicos Duke Gardens. Passei por lagoas com muitos patos, e percebi que quando um pato sai da água, eles sacudiam as penas e a água voava. Percebi que o que eles estavam fazendo era uma transição desumidificante, liberando água que estava parcialmente dentro de suas penas. Esse foi o germe da ideia. Em minha pesquisa, puramente por coincidência, Eu estava estudando o mesmo tipo de coisa. Percebi que essas transições funcionam apenas se a água não puder atingir o fundo da estrutura da pena porosa. "

p Boreyko ficou intrigado com a forma como o equilíbrio foi atingido, curioso sobre os mecanismos que permitem que um pato retenha água em suas penas sem afundar completamente. Ele trouxe Farzad Ahmadi para seu laboratório em 2014 como um estudante de graduação, compartilhando essa intriga em uma de suas primeiras reuniões. Ahmadi pegou o projeto e mergulhou nos detalhes mais sutis. A primeira abordagem foi simples - eles tentaram forçar uma única gota d'água através de uma pena natural de pato.

p "Não funcionou, "disse Ahmadi." Então tivemos a ideia de construir uma câmara de pressão para forçar uma poça de água através de várias camadas de penas. "

p Sob pressão

p A equipe primeiro precisava garantir que a água só pudesse penetrar diretamente através das penas, em vez de simplesmente vazar em torno de suas bordas externas. Para alcançar isto, eles selaram uma pena de cada vez, deixando apenas uma pequena área exposta. Os pesquisadores selaram cada camada, deixando uma área exposta no mesmo lugar em cada superfície. Isso permitiu que eles criassem uma coluna de superfícies de penas expostas para cima na pilha. Uma fina poça de água foi derramada sobre a superfície exposta superior. A pilha foi colocada em uma câmara de pressão, e pressão de gás foi empregada para empurrar a água para baixo através das penas. Uma câmera foi colocada no fundo para observar a água que passava pelas camadas.

p As penas têm aberturas de tamanho pequeno, minúsculas ranhuras que permitem a passagem de água pressurizada. Um pato sentado na superfície de um lago não encontra nenhuma pressão de água, portanto, a penetração da água é insignificante. Um pato mergulhando para baixo, Contudo, encontra um aumento constante na pressão hidrostática, algo familiar para qualquer um que dê um mergulho no fundo de uma piscina.

p Ahmadi descobriu que conforme o número de camadas de penas aumenta, a pressão necessária para empurrar a água por todas as camadas também deve aumentar. Isso estabelece uma espécie de linha de base, uma pressão máxima até a qual as penas mantêm a água entrando nelas, mas não deixe que a água atinja a pele do pato.

p "Nossa hipótese era usar várias camadas de penas para que a água só viesse parcialmente, mas há bolsas de ar sob isso, "Boreyko explicou." Enquanto essas bolsas de ar estiverem presentes, evita algo denominado molhamento irreversível. Contanto que a molhagem seja apenas parcial, eles podem sacudi-lo quando aparecerem. "

p Ahmadi também descobriu que as espécies de patos tendem a ter o número exato de camadas de penas necessárias para evitar o molhamento irreversível durante os mergulhos. Um pato selvagem, por exemplo, tem quatro camadas de penas. A profundidade máxima na qual um pato-real típico mergulha corresponde a uma pressão hidrostática que invadiu uma pilha de três penas, mas não quatro. Desta maneira, pelo menos uma camada de penas permanece seca após um mergulho, permitindo que o pato sacuda a água quando ela sair.

p Desenho de penas sintéticas

p Tendo estabelecido a mecânica básica da desumidificação do pato, A equipe de Boreyko decidiu criar um material sintético que funcionasse de maneira semelhante. A equipe fez penas bio-inspiradas a partir de uma fina folha de papel alumínio, laser cortando uma série de fendas de um décimo de milímetro de largura para imitar as bárbulas de uma pena de pato. Eles também recriaram a nanoestrutura cabeluda das penas adicionando uma nanoestrutura de alumínio às bárbulas de alumínio.

p As penas sintéticas produziram resultados quase idênticos durante os testes, um crédito à força do design da natureza. A aplicação e o dimensionamento desta tecnologia é a próxima etapa lógica para Boreyko, e ele tem algumas ideias.

p Este efeito de camada pode ser útil para aprisionar bolsas de ar nas membranas de dessalinização, mecanismos que removem o sal da água do mar. Boreyko também acredita que há potencial para aplicar penas sintéticas em camadas no exterior de um barco, para fazer o barco viajar mais facilmente na água e reduzir a quantidade de organismos semelhantes a cracas que se agarram ao casco.

p "Se pensarmos em um navio movendo-se sobre a água como um pássaro projetado, agora está nadando pelado, "Boreyko diz." Nós nos perguntamos se vestir o navio com penas poderia proporcionar os mesmos aprimoramentos dos quais as aves aquáticas se beneficiam. "