p No deserto do Namibe na África, o vento matinal cheio de névoa carrega a água potável para um besouro chamado Stenocara. p Pequenas gotas se acumulam nas costas esburacadas do besouro. As áreas entre as saliências são cobertas por uma substância cerosa que as torna repelentes de água, ou hidrofóbico (temeroso de água). A água se acumula no amante da água, ou hidrofílico, solavancos, formando gotículas que eventualmente crescem muito para ficarem paradas, em seguida, role para baixo na superfície cerosa.

p O besouro mata sua sede inclinando a extremidade traseira para cima e sorvendo as gotas acumuladas que caem em sua boca. Incrivelmente, o besouro coleta água suficiente por meio desse método para beber 12% de seu peso corporal a cada dia.

p Mais de uma década atrás, a notícia do eficiente sistema de coleta de água dessa criatura inspirou os engenheiros a tentar reproduzir essas superfícies no laboratório.

p Avanços em pequena escala na física dos fluidos, a engenharia de materiais e a nanociência desde aquela época os aproximaram do sucesso.

p Esses pequenos desenvolvimentos, Contudo, têm a perspectiva de levar a mudanças em escala macro. Compreender como os líquidos interagem com diferentes materiais pode levar a uma maior eficiência, processos e produtos baratos, e pode até mesmo levar a asas de avião impermeáveis ​​ao gelo e janelas autolimpantes.

p Beetle bumps no laboratório

p Usando vários métodos para criar superfícies com padrões complexos, os engenheiros podem fazer materiais que se assemelham às costas do besouro.

p "Dez anos atrás, ninguém tinha a capacidade de padronizar superfícies como esta em nanoescala, "diz Sumanta Acharya, um diretor de programa da National Science Foundation (NSF). "Observamos superfícies naturalmente hidrofóbicas como a folha de lótus por décadas. Mas, mesmo que entendêssemos, o que poderíamos fazer sobre isso? "

p O que os pesquisadores fizeram foi criar superfícies que se destacam tanto em repelir ou atrair água que adicionaram um "super" na frente de sua descrição:super-hidrofóbica ou super-hidrofílica.

p Muitas superfícies superhidrofóbicas criadas por revestimentos químicos já estão no mercado (sapatos repelentes de água! Camisetas! IPhones!).

p Contudo, muitos pesquisadores se concentram em materiais com elementos físicos que os tornam super-hidrofóbicos.

p Esses materiais têm pilares micro ou nanométricos, postes ou outras estruturas que alteram os ângulos em que as gotas de água entram em contato com sua superfície. Esses ângulos de contato determinam se uma gota d'água se forma em gotas como uma minúscula bola de cristal ou relaxa um pouco e repousa na superfície como um milkshake derramado.

p Variando o layout dessas superfícies, os pesquisadores agora podem capturar, direcionar e repelir pequenas quantidades de água para uma variedade de novos propósitos.

p "Agora podemos fazer coisas com fluidos que apenas imaginávamos antes, "diz o engenheiro mecânico Constantine Megaridis da Universidade de Illinois em Chicago. Megaridis e sua equipe têm duas bolsas NSF da Divisão de Química da Diretoria de Engenharia, Bioengenharia, Sistemas Ambientais e de Transporte.

p "Os desenvolvimentos nos permitiram criar dispositivos - dispositivos com potencial para ajudar a humanidade - que fazem as coisas muito melhor do que nunca, " ele diz.

p Megaridis usou seus designs inspirados em besouros para definir com precisão, padrões texturizados em materiais baratos, fazer circuitos microfluídicos.

p Tiras de plástico com centros superhidrofílicos e arredores superhidrofóbicos que combinam ou separam fluidos têm o potencial de servir como plataformas para testes diagnósticos (veja "O passeio das gotículas de água").

p "Imagine que você queira levar gotas de sangue ou água ou qualquer outro líquido para um determinado local, "Megaridis explica." Assim como uma rodovia, a estrada é a faixa para o líquido viajar, e acaba sendo coletado em um tanque de armazenamento de fluido na superfície. "O tanque de armazenamento pode conter um agente reativo. O pessoal médico pode usar as tiras descartáveis ​​para testar em campo amostras de água para E. coli, por exemplo.

p Dispositivos como esses - criados em laboratórios de engenharia - agora estão abrindo caminho para o mercado.

p Água, água no ar

p Nanotecnologias NBD, uma empresa sediada em Boston financiada pelo programa de transferência de tecnologia para pequenas empresas da NSF, visa aumentar a durabilidade e funcionalidade dos revestimentos de superfície para uso industrial.

p Uma das aplicações mais impactantes para pesquisas super-hidrofóbicas ou hidrofóbicas é a eficiência de condensação aprimorada. Quando o vapor de água se condensa em um líquido, normalmente forma um filme. Esse filme é uma barreira entre o vapor e a superfície, tornando mais difícil a formação de outras gotículas. Se esse filme puder ser evitado removendo as gotas imediatamente após sua condensação - digamos, com uma superfície superhidrofóbica - a taxa de condensação aumenta.

p Os condensadores estão por toda parte. Eles estão na sua geladeira, carro e ar condicionado. Uma condensação mais eficiente permitiria que todo esse equipamento funcionasse com menos energia. Melhor eficiência é especialmente importante em lugares onde o resfriamento em grande escala é fundamental, como usinas de energia.

p "A NBD fabrica revestimentos mais duráveis ​​que abrangem grandes áreas de superfície, "diz Sara Beaini, cientista sênior da NBD Nanotechnologies." A durabilidade é um fator importante, porque quando você está trabalhando no nível micro, você depende de ter uma estrutura de superfície imaculada. Qualquer abrasão mecânica ou química que distorça as estruturas da superfície pode reduzir significativamente ou eliminar as propriedades vantajosas da superfície rapidamente. "

p NBD, que você deve ter imaginado que significa Namib Beetle Design, fez parceria com a Megaridis e outros para melhorar a durabilidade, o principal desafio na comercialização de pesquisas superhidrofóbicas. Condensadores de usinas de energia com revestimentos hidrofóbicos ou super-hidrofóbicos duráveis ​​podem ser mais eficientes. E com a escassez de água e energia se aproximando, partnerships such as theirs that help to transfer this breakthrough from the lab to the outside world are increasingly valuable.

p Other groups have applied hydrophobic patterning methods in clever ways.

p Kripa Varanasi, mechanical engineer at MIT and NSF CAREER awardee, has applied superhydrophobic coatings to metal, ceramics and glass, including the insides of ketchup bottles. Julie Crockett and Daniel Maynes at Brigham Young University developed extreme waterproofing by etching microscopic ridges or posts onto CD-sized wafers.

p With all these cross-country efforts, many are optimistic for a future where people in dry areas can harvest fresh water from a morning wind, and lower their energy needs dramatically.

p "If someone comes up with a really cheap solution, then applications are waiting, " said Rajesh Mehta, NSF Small Business Innovation Research/Small Business Technology Transfer program director.