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Armadura nas asas de borboleta protege contra chuva forte
Uma análise de gotas de chuva de alta velocidade atingindo superfícies biológicas, como penas, folhas de plantas e asas de insetos, revela como essas facetas altamente repelentes à água reduzem o impacto da água.
Por Universidade de Cornell - 09/06/2020

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Uma análise de gotas de chuva de alta velocidade atingindo superfícies biológicas, como penas, folhas de plantas e asas de insetos, revela como essas facetas altamente repelentes à água reduzem o impacto da água.

Microbombos e uma camada de cera em nanoescala nas frágeis asas de borboleta quebram e espalham pingos de chuva para minimizar os danos.

O estudo, "Como um pingo de chuva é quebrado em superfícies biológicas", publicado em 8 de junho nos Anais da Academia Nacional de Ciências .

"Por ter essas estruturas de duas camadas", disse Jung, "[esses organismos] podem ter uma superfície super hidrofóbica".


A pesquisa mostrou como solavancos em microescala, combinados com uma camada em nanoescala de cera, quebram e espalham essas gotas para proteger superfícies frágeis de danos físicos e risco de hipotermia.

Já existe um grande mercado para produtos que usam exemplos da natureza - conhecidos como biomimética - em seu design: sprays auto-limpantes e resistentes à água para roupas e sapatos e descongelamentos nas asas de aviões. As conclusões deste estudo podem levar a mais desses produtos no futuro.

"Este é o primeiro estudo a entender como os pingos de chuva de alta velocidade afetam essas superfícies hidrofóbicas naturais", disse o autor sênior Sunghwan "Sunny" Jung, professor associado de engenharia biológica e ambiental na Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida. O principal autor é Seungho Kim, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Jung.

Estudos anteriores analisaram a água atingindo insetos e plantas com baixos impactos e observaram as propriedades de limpeza do líquido. Mas, na natureza, os pingos de chuva podem cair a taxas de até 10 metros por segundo, portanto, esta pesquisa examinou como os pingos de chuva que caem em alta velocidade interagem com superfícies naturais super-hidrofóbicas.

Os pingos de chuva representam riscos, disse Jung, porque seu impacto pode danificar as frágeis asas de borboleta, por exemplo.

"[Ser atingido com] gotas de chuva é o evento mais perigoso para esse tipo de animal pequeno", disse ele, observando que o peso relativo de uma gota de chuva batendo em uma asa de borboleta seria análogo a uma bola de boliche caindo do céu em um ser humano.

No estudo, os pesquisadores coletaram amostras de folhas, penas e insetos. Estes últimos foram adquiridos da Coleção de Insetos da Universidade de Cornell, com a ajuda do co-autor Jason Dombroskie, gerente de coleções e diretor do Laboratório de Diagnóstico de Insetos.

Os pesquisadores colocaram as amostras em uma mesa e liberaram gotas de água de alturas de cerca de dois metros, enquanto registravam o impacto em alguns milhares de quadros por segundo com uma câmera de alta velocidade.

Ao analisar o filme, eles descobriram que quando uma gota atinge a superfície, ela ondula e se espalha. Uma camada de cera em nanoescala repele a água, enquanto grandes saliências em microescala na superfície criam buracos na gota de chuva que se espalha.

"Considere os micro-inchaços como agulhas", disse Jung. Se alguém jogasse um balão nessas agulhas, ele disse: "esse balão se partiria em pedaços menores. Então, o mesmo acontece quando a gota de chuva bate e se espalha".

Essa ação destruidora reduz a quantidade de tempo em que a queda está em contato com a superfície, o que limita o momento e reduz a força de impacto em uma asa ou folha delicada. Também reduz a transferência de calor de uma gota fria. Isso é importante porque os músculos de uma asa de inseto, por exemplo, precisam estar quentes o suficiente para voar.

"Se eles tiverem mais tempo em contato com a gota de chuva fria, perderão muito calor e não poderão voar com muita facilidade", disse Jung, tornando-os vulneráveis ​​a predadores, por exemplo.

Repelir a água o mais rápido possível também é importante porque a água é muito pesada, dificultando o voo de insetos e pássaros e sobrecarregando as folhas das plantas.

"Por ter essas estruturas de duas camadas", disse Jung, "[esses organismos] podem ter uma superfície super hidrofóbica".

O estudo foi financiado pela National Science Foundation e pelo Departamento de Agricultura dos EUA.

 

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