این حشره می‌تواند راز سطوح را برملا کند!

فرارو: طبیعت همواره الهام بخش دانشمندان بوده است. برخی از ایده ها هنوز در حال تحقیق هستند مانند لباس‌های مرطوب بسیار گرم با الهام از پوست سگ آبی.

با این وجود، برخی دیگر از ایده ها در حال حاضر بخشی از زندگی انسان هستند مانند پارچه های نایلونی به هم چسب که به جای زیپ یا چفت یا دکمه به کار می روند (الهام گرفته از فرز بیدمشک که به خز حیوانات می چسبد) و قطارهای سریع السیر ژاپنی (مدل سازی شده مبتنی بر منقار بلند مرغ ماهی خوار).

سیکادا یا زَنجره الهام بخش تحقیقات تازه در مورد سطوح خود تمیز شونده بوده است. بدون لکه نگه داشتن شیشه های خودرو می تواند شبیه یک نبرد بی پایان در برابر نیروهای خاک و گرد و غبار قلمداد شود. با این وجود، حشراتی مانند زنجره ترفند جذابی در آستین خود دارند که بال هایشان را بدون لکه نگه می دارد بدون آن که آن حشره تلاشی انجام دهد و ممکن است کلیدی باشد تا ما را از دردسر تمیز کردن مداوم نجات دهد.

در مطالعه ای تازه سازوکار پشت این فرآیند خود تمیز کنندگی مورد بررسی قرار گرفت. به دلیل بافت عجیب بال های زنجره شبنم صبحگاهی روی آن متراکم شده و به تدریج به قطرات کوچک آب تبدیل می شود. این قطرات ذرات گرد و غبار و میکروارگانیسم ‌ها را هنگام برخورد با یکدیگر یا غلتیدن از بال‌ های حشره حذف می ‌کنند. زنجره تنها حشره ای نیست که اندام های خود تمیز شونده خود را تکامل بخشیده است. بسیاری از پروانه ها بال هایی دارند که قادر هستند خود را تمیز کنند. موجودات دیگری مانند مارمولک ها و برخی از برگ های گیاهان مانند نیلوفر آبی و برنج نیز همانند زنجره از حرکت قطره ای برای دور نگه داشتن خود از گرد و غبار استفاده می کنند. این قطرات متحرک هم چنین به حذف باکتری ها کمک می کند و در نتیجه خطر عفونت را کاهش می دهند.

اگر مایعی روی بخش عمده سطوح ریخته شود (فکر کنید یک فنجان قهوه واژگون شده است) به سادگی در سراسر منطقه پخش می شود و همانجا باقی می ماند. با این وجود، رفتار شبنم روی بال های زنجره متفاوت است زیرا مهندسان آن را "آب‌ گریز بودن" یا آب‌ گریزی شدید می ‌نامند. سطح بال های زنجره آرایش پیچیده ای از هزاران مخروط ریز با پوشش مومی را شامل می شوند. قطرات آب روی بال شکل مهره مانندی به خود می گیرند زیرا می خواهند تماس با سطح بال را به حداقل برسانند.

این ویژگی به دلیل مومی است که آب را دفع کرده و هم چنین به دلیل نوک های مخروطی شکلی است که از نفوذ قطرات آب کروی به داخل غشای بال جلوگیری می کنند. این دقیقا شبیه بادکنکی است که روی تختی از میخ قرار گرفته است. بادکنک پاره نمی شود زیرا فشار روی همه میخ ها توزیع می شود. در مورد قطرات مخروط های پوشش داده شده با موم حرکت قطرات بدون دردسر روی بال های زنجره را تسهیل می کنند.

پریدن و غلتاندن قطرات آب

مطالعات پیشین نشان داده بودند که جاذبه باعث می ‌شود قطرات بزرگتر به سمت بخش پایینی بال ‌های مومی زنجره بغلتند و آلاینده های متعددی را در طول سفر خود جمع‌ آوری کنند. با این وجود، تاکنون جگونگی جمع ‌آوری آلاینده ها توسط قطرات کوچک تر که برای کشیدن آن‌ به وسیله گرانش بسیار کوچک هستند مشخص نبود. ما دریافتیم که قطرات کوچک با گذشت زمان با همسایگان خود ادغام می شوند.

قطره ادغام شده به جای غلتیدن از سطح می پرد. در طول پرش قطره شکلی به خود می ‌گیرد که شبیه یک بالن هوای داغ است که می‌خواهد از زمین بلند شود. مطالعه تازه نشان داد که این شکل بالن هوای داغ برای قادر ساختن قطرات به دور کردن آلاینده ها از سطح خاصیت بسیار مهمی باشد.

پریدن قطرات آب

به نظر می رسد که این کشش سطحی قطره مایع است که آلاینده را جمع می کند در حالی که قطره به شکل بالن هوای گرم است. کشش سطحی تمایل قطراتی است که در معرض هوا قرار می گیرند تا شکل کروی خود را حفظ کنند.

هنگامی که یک قطره با آلودگی در زیر آن شکل بالن هوای داغ را می ‌دهد سعی می‌ کند به صورت یک کره تغییر کند. در این فرآیند ناخواسته آلاینده ها را از سطح بیرون می کشد. هم چنین، در مطالعه تازه مشاهده شد که قطرات آب نمی توانند همه آلاینده ها را به این روش حذف کنند. برای مثال، در بال های زنجره قطرات آب ممکن است قادر به حذف ذرات ریز ماسه باشند اما نمی توانند ذرات ساخته شده از دوده را حذف کنند. هم چنین، پژوهشگران دریافتند که صرفنظر از آن که قطرات می پرند یا غلت می زنند سازوکار حذف آلاینده ها از سطح یکسان باقی می ماند. همان طور که یک قطره بزرگتر از کنار آلاینده عبور می کند سطح آن منحرف می شود. قطره سعی می کند شکل کروی طبیعی خود را حفظ کند و مانند قطرات ادغام شده آلاینده را از سطح بیرون می کشد.

مهندسان در آینده می توانند آن چه را که درباره بال های زنجره آموخته اند را در طرح های محصولات شان بگنجانند تا دیگر نیازی به پاشیدن آب و پاک کردن شیشه‌های پنجره و سطوح دیگر نداشته باشیم زیرا قادر خواهند بود خود را تمیز کنند.

پنجره های آسمان خراش، پنل های خورشیدی و لنزهای دوربین مدار بسته را زمانی تصور کنید که بتوانند خود را تمیز کنند. یک پوشش فوق آب گریز هم چنین می تواند به جلوگیری از تشکیل یخ زدگی روی سطوح مختلف در زمستان مانند شیشه جلو خودروی شما کمک کند. این یک افزودنی خوب به فهرست ارتقای قریب الوقوع زیرساخت های موجود ما در کنار پانل های خورشیدی کارآمد الهام گرفته از ساختار برگ گیاه و ساختمان های الهام گرفته از تپه های ساخته شده توسط موریانه با تهویه موثرتر در شهرهای سراسر جهان خواهد بود. حتی در شهری ترین مکان ها نیز طبیعت در اطراف ما وجود دارد.