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Las alas de mariposa ocultan estructuras que destruyen las 'mortales' gotas de lluvia

Gotas de gua en alas de mariposa

Podría ayudar a los ingenieros a desarrollar materiales de impermeabilización más avanzados

Para los humanos ser golpeados en la cara por fuertes gotas de lluvia es una simple molestia. Pero para los pequeños y delicados organismos, como las mariposas, las gotas de agua de lluvia son el equivalente a una persona que es golpeada por bolas de boliche que caen del cielo. Ay.

"Ser golpeado por las gotas de lluvia es el evento más peligroso para este tipo de pequeños animales", dijo el ingeniero biológico y ambiental Sunghwan "Sunny" Jung, de la Universidad de Cornell en Nueva York.

Jung explica que la fuerza del impacto por sí sola no es el único problema que las gotas de lluvia pueden causar a los frágiles seres vivos. La lluvia causa estragos en el impulso de vuelo de los insectos y puede despojar a las aves de su calor, por lo que para muchos animales es fundamental limitar el tiempo en contacto con cada gota de lluvia.

Agua en alas de mariposa Agua en alas de mariposa

 

Seungho Kim, Jung y sus colegas observaron de cerca cómo mitigan los diferentes animales y plantas este potencial peligro. Utilizaron una cámara de alta velocidad que capturó entre 5.000 y 20.000 cuadros por segundo para observar el impacto del agua que cae sobre mariposas, polillas, libélulas, plumas de alcatraz y hojas de katsura.

Estudios previos habían hecho observaciones similares sobre los impactos de caída a velocidades mucho más bajas que las gotas de lluvia reales, que pueden alcanzar hasta 10 metros (33 pies) por segundo. En este nuevo estudio, el equipo arrojó agua a altas velocidades sobre sus sujetos y registró las diferentes dinámicas de impacto que entraron en juego.

Observaron que cuando una gota colisiona con la superficie de una hoja o un ala de mariposa, cae sobre protuberancias microscópicas o picos que crean olas similares a golpes a través del cuerpo de agua en miniatura. Estas olas interfieren entre sí, haciendo que la gotita forme un patrón arrugado a medida que se extiende, con diferentes espesores a lo largo de su volumen.

Luego, justo cuando la gota está a punto de rebotar, el efecto de ola permite que los picos en la superficie del ala hagan agujeros directamente a través de la película de agua, lo que rompe la gota en pequeños fragmentos. (Este efecto se investigó más al dejar caer agua sobre una superficie artificial que imitaba los picos de la superficie).

crestas desvían el agua en las alas de una mariposa

Una capa de cera estructurada a nanoescala en estas superficies naturales ayuda a repeler el agua. Esto, junto con la fragmentación de la gota, reduce el tiempo de contacto entre el líquido y la superficie hasta en un 70 por ciento, encontraron los investigadores.

A su vez, eso reduce la cantidad de calor y la transferencia de impulso. Esto marcaría una gran diferencia para los insectos que necesitan conservar algo de calor en sus músculos para poder volar y escapar de los depredadores.

"Al tener estas estructuras de dos niveles: una microescala (la estructura rugosa irregular) y la otra a nanoescala (la estructura de cera)", explica Jung, estos organismos "pueden tener una superficie súper hidrofóbica [que repele el agua]".

Kim y sus colegas también capturaron estos fragmentos fragmentados de lluvia contrabandeando esporas de hongos patógenos, revelando cómo los hongos pueden usar las defensas de las plantas para mejorar sus propios poderes de dispersión.

"Este es el primer estudio que comprende cómo las gotas de lluvia de alta velocidad impactan estas superficies hidrófobas naturales", dijo Jung.

Esta mejor comprensión de cómo rompen las gotas de lluvia las micro puntas en las alas de mariposa podrían ayudar a los ingenieros a desarrollar materiales de impermeabilización más avanzados, un área que ya se ha inspirado en la naturaleza, como el revestimiento repelente al agua de la ropa inspirado en las hojas de loto.

"Hay un gran mercado para este tipo de superficies", dijo Jung, pero si desea hacer "productos de ingeniería inspirados en este material, la durabilidad es el mayor problema".

Esta investigación fue publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences: How a raindrop gets shattered on biological surfaces

Modificado por última vez enLunes, 15 Junio 2020 18:00