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| El hallazgo puede permitir desarrollar nuevos métodos para resolver problemas como la limpieza de vertidos de petróleo. |
Pequeñas
púas de cobre pueden limpiar el petróleo del agua imitando la forma en que los
cactus extraen agua del aire del desierto.
Investigadores
chinos observaron que las espinas cónicas de los cactus extraen agua del aire y
la empujan hacia la base de la planta.
Con
esta inspiración diseñaron agujas cónicas de cobre para separar pequeñas gotas
de aceite de agua sucia, algo que representa un desafío para muchos métodos
existentes.
Los
científicos de Pekín publicaron los resultados de su proyecto en la revista
Nature Communications.
El
hallazgo puede permitir desarrollar nuevos métodos para resolver problemas
medioambientales como la limpieza de vertidos de petróleo.
Las
espinas artificiales son capaces de capturar gotas microscópicas de petróleo
submarinas y transportarlas a la base de la lámina de espinas.
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| Los cactus son capaces de extraer agua del aire. |
Los
investigadores habían reportado el año pasado que las púas del cactus de la
especie Opuntia microdasys recogen agua del aire.
Esas
gotas de agua se fusionan en la punta de las espinas, y luego se mueven hacia
la base por la interacción entre la forma de la púa y la tensión de la
superficie del agua.
En el
nuevo estudio, los científicos vieron que las espinas artificiales pueden
separar y recoger gotas de petróleo del agua de la misma forma, y crearon una
"piel de cactus" sintética con púas que hace exactamente eso.
El agua
y el aceite (o el petróleo) no se mezclan, pero si las gotas más pequeñas se
integran con agua, se vuelve prácticamente imposible separarlas de nuevo. Un
ejemplo es la leche homogeneizada, en la que los pequeños glóbulos de grasa ya
no se pueden separar.
"Fabricamos
conjuntos de púas. Cada aguja cónica es un pequeño dispositivo de recolección.
Los grupos de púas pueden recoger gotas microscópicas de petróleo del agua de
forma continua y efectiva", asegura Lei Jiang, quien lidera el proyecto de
investigación.
Un
lecho de púas diminutas
Las
pruebas con grupos hexagonales de agujas sintéticas –que miden medio milímetro–
mostraron que pueden separar alrededor del 99% del aceite mezclado con agua.
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| Las agujas artificiales de medio milímetro pueden extraer aceite del agua. |
Los
científicos fabricaron las púas con cobre y silicona y observaron que tanto la
afinidad de la superficie del material con el petróleo como la forma cónica son
cruciales para el funcionamiento del dispositivo, pero también que las púas
ásperas son más eficientes.
"Este
excelente trabajo es un ejemplo perfecto de cómo describir primero un sistema
biológico interesante y luego dar un paso más allá para resolver un problema de
ingeniería", opina Joanna Aizember, de la Universidad de Harvard.
"Muestra
que no sólo cómo podemos aprender de la naturaleza sino también cómo aplicar
ese conocimiento en un diseño bioinspirado."
"Es
un experimento precioso y parece muy efectivo al mostrar una separación casi
completa del petróleo y el agua. Lo siguiente será probarlo en experimentos de
campo."
El
fenómeno se basa en el hecho de que el radio de la superficie de un cono es más
chico cerca de la punta, y se agranda hacia la base.
Esto
causa una diferencia de presión para la gota que fuerza al líquido a moverse
hacia la parte más ancha del cono. A medida que una gota se mueve captura otras
en su camino, y se unen en la base del cono.
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Las
púas pueden separar mezclas (izquierda) en aceite casi puro (centro) y agua
(derecha).
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Se
probaron diferentes tipos de mezclas, incluyendo aceite vegetal, gasolina y
solventes orgánicos mezclados con agua, y todos fueron separados con éxito en
el mismo proceso.
La
creación de materiales tecnológicos que imitan la naturaleza como este se
denomina biomímesis.
Ejemplos
previos de inventos biomiméticos incluyen los cierres de Velcro (que imitan la
superficie espinosa de algunas plantas capaz de adherirse a la piel animal), el
tejido antifricción de los trajes de baño utilizados en los Juegos Olímpicos de
Pekín y la fotosíntesis artificial que emplean los nuevos paneles solares.
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