Olas imprevistas: científicos aplican la mecánica de olas gigantes a escala nanométrica

ola impredecible
Fotografía de una ola impredecible rompiendo en el Océano Austral tomada desde el rompehielos francés Astrolabe. FOTOGRAFÍA DE VERÓNIQUE SARANO

Las olas imprevistas se forman por la combinación casual de olas más pequeñas en el océano

Los investigadores han demostrado cómo los principios de las olas imprevistas (rogue waves en inglés, enormes olas de 30 metros que surgen inesperadamente en el océano) se pueden aplicar a escala nanométrica, con docenas de aplicaciones que van desde la medicina hasta la fabricación.

Consideradas durante mucho tiempo un mito, las olas imprevistas (también conocidas como olas gigantes, olas vagabundas u olas monstruo) golpean desde entornos relativamente tranquilos, destrozando a su paso plataformas petrolíferas y barcos. A diferencia de los tsunamis, las olas imprevistas se forman por la combinación casual de olas más pequeñas en el océano, creando un evento que es muy raro.

En los últimos años se han realizado muchas investigaciones sobre las ondas imprevistas, pero ahora, por primera vez, los científicos están demostrando cómo esto se puede aplicar a una escala mucho menor: nanométricamente. Un nanómetro es un millón de veces más pequeño que el grosor de la página de un libro. Se trata de un enfoque completamente nuevo del comportamiento de los líquidos a escala nanométrica.

Los agujeros y protuberancias causados por olas imprevistas se pueden manipular para producir espontáneamente patrones y estructuras para su uso en nanofabricación (fabricación en una escala de una milmillonésima de metro). Por ejemplo, se formaron patrones que, al romper películas líquidas, pueden usarse para construir circuitos microelectrónicos, que podrían usarse en la producción de componentes económicos de células solares.

Además, el comportamiento de las finas capas líquidas podría ayudar a explicar por qué millones de personas en todo el mundo sufren de ojo seco. Esto ocurre cuando se rompe la película lagrimal que cubre el ojo.

A través de simulaciones directas de moléculas y nuevos modelos matemáticos, el estudio dirigido por el Instituto de Matemáticas de la Universidad de Warwick descubrió cómo las capas nanoscópicas de líquido se comportan de manera contraintuitiva. Mientras que una capa de café derramada sobre una mesa puede permanecer aparentemente inmóvil, en la nanoescala el movimiento caótico de las moléculas crea olas aleatorias en la superficie de un líquido.

simulación de una nanoola impredecible

Imagen: Simulación MD: las bolas plateadas son partículas sólidas y las bolas azules son partículas fluidas (líquido y vapor). Hay una película líquida sobre un sustrato sólido y hay olas en la superficie. Crédito: Jingbang Liu, Universidad de Warwick.

simulación de una nanoola impredecible con IAImagen derecha: Esta imagen fue generada con la ayuda de Inteligencia artificial (asistencia de DALL·E 2). Crédito: Profesor James Sprittles, Universidad de Warwick.

Un evento raro ocurre cuando estas olas conspiran para crear una gran "nanoola imprevista" que atraviesa la capa y crea un agujero. La nueva teoría explica cómo y cuándo se forma este agujero, dando una nueva visión de un efecto previamente impredecible, tomando a sus grandes primas oceánicas como modelo matemático.

El equipo de investigadores está entusiasmado con el potencial de esta investigación en diferentes industrias; las aplicaciones son de gran alcance.

"Nos entusiasmó descubrir que los modelos matemáticos desarrollados originalmente para la física cuántica y recientemente aplicados para predecir olas oceánicas imprevistas son cruciales para predecir la estabilidad de capas nanoscópicas de líquido", dijo el profesor James Sprittles, del Instituto de Matemáticas de la Universidad de Warwick.

"En el futuro, esperamos que la teoría pueda explotarse para permitir una serie de nanotecnologías, es crucial donde manipular cuándo y cómo se rompen las capas. También podrían existir aplicaciones en áreas relacionadas, como el comportamiento de las emulsiones, por ejemplo en alimentos o pinturas, donde la estabilidad de las finas películas líquidas dicta su vida útil".

El estudio se ha publicado como carta en Physical Review Fluids: Rogue nanowaves: A route to film rupture

Etiquetas: Ola impredecibleGiganteNano escala

Ya que estás aquí...

... tenemos un pequeño favor que pedirte. Más personas que nunca están leyendo Vista al Mar pero su lectura es gratuita. Y los ingresos por publicidad en los medios están cayendo rápidamente. Así que puedes ver por qué necesitamos pedir tu ayuda. El periodismo divulgador independiente de Vista al Mar toma mucho tiempo, dinero y trabajo duro para producir contenidos. Pero lo hacemos porque creemos que nuestra perspectiva es importante, y porque también podría ser tu perspectiva.

Si todo el que lee nuestros artículos, que le gustan, ayudase a colaborar por ello, nuestro futuro sería mucho más seguro. Gracias.

Hacer una donación a Vista al Mar

Boletín de suscripción

Creemos que el gran periodismo tiene el poder de hacer que la vida de cada lector sea más rica y satisfactoria, y que toda la sociedad sea más fuerte y más justa.

Recibe gratis nuevos artículos por email:

Especies marinas

Medio ambiente

Ciencia y tecnología

Turismo