Открытие американских ученых приближает создание роботов-водомерок // 28 Ноября 2012

Исследователи из University of Nebraska-Lincoln (UNL) и их коллеги из японского университета Japan's RIKEN еще на шаг приблизились к разработке сверхгидрофобного нано-материала, который можно будет использовать для создания шагающих по воде роботов. Сверхгидрофобность – это уникальное свойство, которое можно наблюдать у некоторых представителей живой природы. Именно оно заставляет капли воды скатываться по лепесткам цветков, а также позволяет некоторым насекомым передвигаться по воде.

«Наибольший интерес у исследователей вызывают водомерки, - рассказывает Сяо Шень Жень (Xiao Cheng Zeng), профессор химии из UNL, Конечности этих уникальных насекомых обладают сверхгидрофобными свойствами, кроме того, каждая из них способна выдерживать нагрузку в 15 раз больше собственного веса. Ученые и инженеры на протяжении долгих лет стараются изобрести материал, обладающий подобными качествами». Секрет водомерок открыт достаточно давно - водоотталкивающая восковая поверхность конечностей насекомых усыпана микроскопическими ворсинками, которые, в свою очередь, могут быть покрыты еще более мелкими «волосками». Однако до настоящего времени ни одной группе исследователей не удавалось воспроизвести указанную структуру в лабораторных условиях.

Ученые из UNL воспользовались суперкомпьютером, установленным в японском институте RIKEN (на ранних этапах исследования, в 2005 году, эта система считалась самой быстрой в мире) для моделирования поведения поверхностей в различных условиях. Зенг и его коллеги смоделировали виртуальный «дождь», состоящий из капель воды различных размеров, падающих с разной скоростью на покрытую выступами поверхность.

Исследователи установили, что водонепроницаемость материала напрямую зависит от высоты столбиков, их расположения и химических свойств. Наиболее удачные образцы отталкивающих влагу поверхностей, полученные в результате эксперимента, были условно разделены на две категории - гидрофобные структуры Венцеля и сверхгидрофобные структуры Касье (названные по именам ученых, исследовавших этот природный феномен в 30-40-х годах прошлого века).

«Указанный подход, мы называем его «автоматизированным моделированием поверхности», существенно облегчит задачу инженеров, занятых проектированием наноструктурных материалов, обладающих специфическими свойствами», – сообщает Сяо Ченг Зенг. Ученый также утверждает, что компьютерное моделирование обеспечивает более точные и наглядные результаты, чем лабораторные эксперименты. Ученые могут многократно воспроизводить нужные этапы опыта и гибко регулировать условия эксперимента, к примеру, «загрязнять» воду, устанавливать нужную температуру и интенсивность воздушных потоков, а также задавать размер капель, вплоть до указания точного количества молекул.

Результаты исследования будут опубликованы на этой неделе в «онлайновой» версии научного бюллетеня Proceedings of the National Academy of Sciences.

По материалам сайта Science Daily.