Hacer estallar la parte superior de la pintura de la casa generalmente atrae a las personas a mirar dentro de la lata. Pero los investigadores de Princeton han vuelto la mirada hacia arriba, hacia la parte inferior de la tapa, donde resulta que el patrón de gotas podría inspirar nuevas formas de hacer estructuras microscópicamente pequeñas..
El truco consiste en controlar las gotas, que se forman bajo influencias competitivas como la gravedad y la tensión superficial. Un nuevo estudio, publicado el 26 de octubre en la revista Comunicaciones de la naturaleza , explica cómo se puede aprovechar una comprensión más profunda de estas fuerzas altamente dinámicas, a veces inestables, para fabricar objetos de manera rápida y económica que normalmente requieren un proceso más costoso y que requiere más tiempo.
"Hemos eliminado los moldes", dijo Pierre-Thomas Brun, profesor asistente de ingeniería química y biológica en Princeton e investigador principal del estudio. "No necesitamos una sala limpia ni ningún equipo elegante,para que los ingenieros tengan mucha más libertad en el proceso de diseño ".
Utilizando una silicona común en los dispositivos médicos, el equipo vertió una fina película líquida sobre la superficie de una placa, del tamaño de un disco compacto, que luego voltearon durante varios minutos mientras la película se curaba. Sin intervención, elLa silicona líquida se congela en una matriz irregular de gotas, muy similar a la pintura debajo de una tapa. Pero al grabar la placa con precisión matemática, usando láseres para cortar las marcas, los investigadores "sembraron" las gotas en una red de hexágonos perfectos, cada unocon una dimensión uniforme.
"La gravedad quiere tirar del fluido hacia abajo", dijo Joel Marthelot, investigador asociado postdoctoral en Princeton y autor principal del artículo. "Las fuerzas capilares quieren que la superficie se deforme mínimamente. Por lo tanto, existe una competencia entre estas dos fuerzas, lo que dasubir a la escala de longitud de la estructura. "
Las versiones más sofisticadas del experimento utilizaron una centrífuga en lugar de la gravedad, lo que permitió al equipo variar el tamaño de las gotas con un rango indefinido. En lugar de placas, en esta versión utilizaron cilindros de plástico que parecen discos de hockey transparentes.El exceso de líquido se escurrió y dejó su patrón predecible de gotas curadas. La técnica funcionó hasta el límite de su maquinaria, lo que produjo una red de estructuras que tenían alrededor de 10 micrones cada una, una fracción del ancho de un cabello humano. Las estructuras, que son prototipos, simulan los tipos de lentes blandas que son una parte común en los teléfonos inteligentes.
"Cuanto más rápido gira, más pequeñas son las gotas", dijo Marthelot, y señaló que podían hacer estructuras incluso más pequeñas de lo que habían logrado hasta ahora. "Realmente no conocemos el límite de nuestra técnica. Solo el límite denuestra centrífuga ".
Según Brun, los ingenieros suelen considerar los tipos de inestabilidades mecánicas que causan este comportamiento como una especie de némesis. Son los umbrales físicos que determinan las cargas de peso o las capacidades caloríficas.aproveché algo que normalmente se considera malo. Lo domesticamos y lo hicimos funcional convirtiéndolo en un camino hacia la fabricación ".
La técnica se puede expandir fácilmente a la fabricación a gran escala, dijeron los investigadores. A medida que evolucionan sus métodos, planean crear dispositivos biomiméticos, como una lente compuesta inflable que imita el ojo de un insecto, o robots blandos que se pueden usaren tecnologías médicas.
"Uno puede imaginar una amplia gama de aplicaciones futuras potenciales", dijo Jörn Dunkel, profesor asociado de matemáticas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, "desde superficies reductoras de arrastre o superhidrófobas hasta microlentes y alfombras ciliares artificiales".
Además de Brun y Marthelot, otros dos investigadores contribuyeron al estudio: Elizabeth Strong, ex estudiante del MIT y ahora candidata al doctorado en la Universidad de Colorado, Boulder; y Pedro M. Reis de la Ecole PolytechniqueFédérale de Lausanne.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :