El estudio mostró que la
superhidrofobicidad juega un papel crucial en la natación del barquero de agua,
su equilibrio y su respiración, además de en su capacidad de escapar en
condiciones desfavorables
El científico
Shi Yanlong y su grupo de la Facultad de Química e Ingeniería Química, de las
universidades de Gansu y Hexi, han investigado la superhidrofobicidad --un
sistema único de propulsión-- de las alas posteriores de un insecto acuático,
llamado barquero de agua (Corixidae).
El estudio
mostró que la superhidrofobicidad juega un papel crucial en la natación del
barquero de agua, su equilibrio y su respiración, además de en su capacidad de
escapar en condiciones desfavorables. Estas características podrían inspirar la
creación de nuevos submarinos y robots acuáticos. El trabajo, titulado
"Investigación de la superhidrofobicidad en las alas traseras del barquero
de agua", ha sido publicado en el 'Chinese Science Bulletin'.
Recientemente,
los estudios sobre superhidrofobicidad han atraído mucho interés, debido a sus
aplicaciones prácticas potenciales. En la naturaleza, las hojas de loto, las
patas del insecto opilión, y las alas de algunos insectos de agua, presentan
una superhidrofobicidad perfecta. Inspirados por estas características
superhidrófobas de los organismos vivos, los científicos han desarrollado
muchas maneras de fabricar materiales artificiales superhidrófobos. Las
superficies superhidrófobas, comúnmente, se construyen mediante la creación de
micro/nanoestructuras sobre sustratos hidrofóbos, o modificando químicamente
superficies micro/nanoestructuradas.
Sin embargo, las
investigaciones sobre superhidrofobicidad rara vez se ha centrado en los
insectos que viven en el agua. En este nuevo informe, los autores se centraron
en el barquero de agua, que pertenece a la familia Corixidae -este insecto
puede nadar libremente y respirar en el agua. La metapodia del barquero de agua
sigue balanceándose mientras nada; la contrafuerza entre la metapodia y el agua
empuja al insecto hacia adelante, o hacia abajo. Cuando la metapodia dejar de
oscilar, su cuerpo comienza a flotar hacia arriba, debido a la flotación
inducida por la superhidrofobicidad de las alas posteriores.
Las
superficies superhidrófobas son generalmente inducidas por los efectos
sinérgicos de las estructuras jerárquicas binarias a micro/nanoescala, y la
baja energía libre superficial. En el estudio, la microscopía electrónica de la
estructura micro/nanométrica reveló que la superficie de las alas posteriores
del barquero de agua está compuesta de mastoides y nanorods, con diámetros de
aproximadamente 80 y 50-100 nm (nanomilímetros) respectivamente. Además, la
superficie del ala del insecto contiene proteína de baja energía en su
superficie, lípidos, y quitina, que son hidrófobos.
Los
científicos creen que la superhidrofobicidad de las alas posteriores del
barquero de agua se origina a partir de la combinación de una estructura
jerárquica en su superficie, junto con los materiales hidrófobos que forman en
el ala.
Según la
teoría de Cassie, el contacto entre las gotas de agua y las alas traseras del
insecto es un compuesto de contacto de sólido-líquido-gas. En la superficie
rugosa jerárquica, el aire puede quedar atrapado dentro de las estructuras
micro/ nanométricas en la superficie del ala, lo que hace dificulta que el agua
moje completamente la superficie. El área de contacto total entre las gotas de
agua y de aire atrapadas dentro de las estructuras se estima en alrededor del
9% (el área de contacto correspondiente entre las gotas de agua y la superficie
del ala sólida es del 91%).
La
superhidrofobicidad de las alas posteriores del barquero de agua le permite
nadar libremente, y respirar en el agua con la ayuda de aire atrapado en la
superficies de las alas traseras, sin verse afectado por la humedad. Esta
investigación puede proporcionar una nueva estrategia para el diseño de
submarinos, y la fabricación de un robot que podría nadar en el agua, y caminar
sobre su superficie. Además, los robots de agua inspirados en el insecto,
pueden ser equipados con sensores bioquímicos en miniatura, y controlar los
productos químicos en el agua para el monitoreo ambiental, y aplicaciones de
limpieza, y puede ser teleoperado de forma autónoma o controlada.
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