ARRIBA: Una imagen \u00f3ptica de un mosquito. El recuadro muestra la disposici\u00f3n compacta de texturas a nanoescala en su ojo compuesto (aumento de 15 000).LIN WANG, PENN STATE<\/p>\n
Durante las \u00faltimas d\u00e9cadas, la hoja de loto ha sido el<\/em> modelo para superficies resbaladizas e impermeables. La hoja est\u00e1 cubierta de pilares a escala micro que est\u00e1n decorados con estructuras diminutas, como un bosque microsc\u00f3pico, explica el cient\u00edfico de materiales de Penn State, Tak-Sing Wong. La densidad de los \u00e1rboles es relativamente baja, creando una fina capa de aire entre la superficie de la hoja de loto y el dosel. Cuando una gota de agua cae sobre la hoja de loto, se asienta en la bolsa de aire y se vuelve muy m\u00f3vil, como un disco en una superficie de hockey de aire.<\/p>\n Es l\u00f3gico pensar que otros organismos repelentes al agua tambi\u00e9n podr\u00edan usar esta estrategia, pero para sorpresa de Wong y sus colegas, eso no es lo que encontraron en su \u00faltima investigaci\u00f3n: ojos de mosquito, alas de cigarra y cuerpos de col\u00e9mbolo, descritos en Science Advances<\/em> hoy (17 de julio). En la analog\u00eda del \u00e1rbol, no hay ning\u00fan \u00e1rbol, solo pastizales, explica Wong. En lugar de un bosque ralo, las superficies de estos insectos est\u00e1n cubiertas de densas p\u00faas a nanoescala, como briznas de hierba.<\/p>\n La naturaleza siempre est\u00e1 llena de sorpresas y contraejemplos. Cada vez que entendemos algo, la naturaleza nos muestra que hay otra cosa que nos hemos perdido, dice David Hu, profesor de biomec\u00e1nica en Georgia Tech que no particip\u00f3 en el trabajo.<\/p>\n La teor\u00eda matem\u00e1tica que describe la La repulsi\u00f3n de bolsas de aire de las gotas de agua se remonta a 1944, con el trabajo de Arnold Cassie y S. Baxter de la Wool Industries Research Association. Esto explica las propiedades repelentes al agua de la hoja de loto y otras superficies en la naturaleza, como las plumas de pato. Fue un gran problema porque hay una gran cantidad de aplicaciones comerciales, como Rain-X para el parabrisas, pintura impermeable y GoreTex, que se basan en el concepto de la hoja de loto, dice Hu.<\/p>\n El laboratorio de Wong ha estado estudiando superficies repelentes al agua en la naturaleza durante m\u00e1s de una d\u00e9cada. En su \u00faltimo examen de c\u00f3mo los insectos se mantienen secos, fue desconcertante que las micrograf\u00edas electr\u00f3nicas de barrido de varias criaturas revelaran nanoestructuras superficiales que parec\u00edan inconsistentes con Cassie-Baxter, porque la configuraci\u00f3n de pastizales no produce las bolsas de aire.<\/p>\n Una imagen \u00f3ptica de una cigarra. El recuadro muestra la disposici\u00f3n compacta de las texturas a nanoescala en sus alas (aumento de 15 000). Lin Wang, Penn State <\/p>\n Para averiguar por qu\u00e9 las superficies de los insectos estaban estructuradas de esta manera, el grupo de Wongs cre\u00f3 nanoestructuras sint\u00e9ticas que imitaban lo que ve\u00edan bajo el microscopio con diferentes tama\u00f1os y densidades. Luego realizaron pruebas de impacto de gotas de agua. B\u00e1sicamente, liberaron gotas de agua sobre las superficies a diferentes velocidades y observaron lo que suced\u00eda.<\/p>\n Lo que encontraron es que las gotas de agua rebotaron un par de milisegundos m\u00e1s r\u00e1pido alej\u00e1ndose de las superficies con estructuras a nanoescala apretadas que de las superficies con las estructuras de microescala m\u00e1s grandes y extendidas, dice Lin Wang, un estudiante graduado que dirigi\u00f3 el proyecto en el laboratorio de Wongs. Un par de milisegundos puede no parecer mucho, pero para un insecto que vuela bajo la lluvia, reducir ese tiempo es realmente un gran problema, dice. Podr\u00eda ser la diferencia entre golpear el suelo y continuar el vuelo.<\/p>\n La ca\u00edda de gotas de lluvia representa un problema importante para los insectos. Descienden a velocidades en el rango de 12 metros\/segundo y pueden pesar f\u00e1cilmente el 20 por ciento de la masa corporal de un insecto. Si te golpea una gota que es el 20 por ciento de tu propio peso y no puedes sacudirla r\u00e1pidamente, eso es bastante terrible, dice Mathias Kolle, quien dirige un laboratorio de ingenier\u00eda fot\u00f3nica de inspiraci\u00f3n biol\u00f3gica en el MIT y no particip\u00f3 en este estudio. <\/p>\n Los modelos existentes no predijeron que el agua rebotar\u00eda m\u00e1s r\u00e1pido en las nanoestructuras densamente empaquetadas que en aquellas con microestructuras escasas. Para explicar esta propiedad inesperada de las nanoestructuras, Wong y sus colegas propusieron un nuevo modelo te\u00f3rico, basado en la teor\u00eda de la bolsa de aire de Cassie y Baxters, que destaca la importancia de la interfaz entre el aire, el l\u00edquido y el s\u00f3lido, la llamada l\u00ednea de triple contacto. Debido a que las microestructuras est\u00e1n escasamente distribuidas en la hoja, hay relativamente pocas intersecciones donde se encuentran las tres sustancias: agua, aire y plantas. En las superficies de los insectos, donde las nanoestructuras est\u00e1n densamente empaquetadas, hay muchos puntos de contacto, y esta propiedad, que a\u00fan no se comprende del todo, parece explicar las diferencias entre las nanoestructuras densas y las microestructuras dispersas.<\/p>\n Esto es como descubrir una nueva propiedad, como la temperatura o la presi\u00f3n, explica Hu, quien escribi\u00f3 el libro de 2018, C\u00f3mo caminar sobre el agua y escalar paredes<\/em>, que incluye una discusi\u00f3n sobre c\u00f3mo los zancudos caminan sobre el agua y c\u00f3mo los mosquitos manipulan las gotas de lluvia. A\u00fan as\u00ed, la l\u00ednea de triple contacto sigue siendo un misterio. Nadie midi\u00f3 realmente sus propiedades, su magnitud, explica. Creo que esto dar\u00e1 a la gente m\u00e1s motivaci\u00f3n para medir realmente algo que existe, pero que es dif\u00edcil de medir porque es muy peque\u00f1o e incluso dif\u00edcil de imaginar.<\/p>\n Una de las razones por las que las texturas a nanoescala deben estar presentes en alta densidad es que tienen que soportar la alta presi\u00f3n del aterrizaje de las gotas de agua, sugieren Wong y Wang. Cuando las estructuras est\u00e1n escasamente distribuidas, como en la hoja de loto, el impacto de las gotas que caen puede desplazarlas, destruyendo la bolsa de aire y haciendo que el agua se adhiera a la superficie. Dado el requisito de que las diminutas estructuras deben empaquetarse juntas, la repelencia al agua a\u00fan se puede optimizar mediante la creaci\u00f3n de nanoestructuras que formar\u00e1n largas l\u00edneas de contacto triples cuando caiga una gota de agua.<\/p>\n Kolle dice que estas superficies biol\u00f3gicas son interesantes porque normalmente cumplen muchas funciones. Por ejemplo, las alas de las mariposas est\u00e1n cubiertas de escamas cuyos colores indican que buscan parejas potenciales y asustan a los depredadores; las alas tambi\u00e9n necesitan repeler el agua, ayudar con la termorregulaci\u00f3n y, por supuesto, permitir el vuelo. Ahora que se comprenden mejor las propiedades repelentes al agua de los insectos, la pr\u00f3xima gran pregunta es c\u00f3mo se equilibran las diferentes funciones cuando deben optimizarse juntas, dice Kolle.<\/p>\n LR Wang et al., Las texturas compactas a nanoescala reducen el tiempo de contacto de las gotas que rebotan, Science Advances<\/em>, 6:eabb2307, <\/strong>2020. <\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" ARRIBA: Una imagen \u00f3ptica de un mosquito. El recuadro muestra la disposici\u00f3n compacta de texturas a nanoescala en su ojo compuesto (aumento de 15 000).LIN WANG, PENN STATE Durante las \u00faltimas d\u00e9cadas, la hoja de loto ha sido el modelo para superficies resbaladizas e impermeables. 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