Su capacidad de atrapar aire tiene una posible aplicación para el mantenimiento de líneas de fluidos
Un estudio inspirado en arañas que viven bajo el agua podría ayudar a la industria a controlar gases tóxicos o inflamables en las líneas de fluidos.
Investigadores de la Universidad de Investigación PSL en París, Francia, se inspiraron en la araña de agua (Argyroneta Aquatica), que atrapa una capa de aire alrededor de su cuerpo para que pueda respirar bajo el agua.
"La inspiración vino de observar a estos animales que usan estructuras aerofílicas para capturar el aire; para ellos es una estrategia de supervivencia. ¿Podemos explotar las ideas desarrolladas por la naturaleza?”, dice Hélène de Maleprade, autora principal de un artículo en Applied Physics Letters.
Estas arañas tienen pelos en su abdomen que repelen el agua, una propiedad conocida como hidrofóbica, y menos comúnmente como aerófila o atrayente de aire. Respiran a través de su abdomen, y la capa de aire que atrapan les permite vivir efectivamente bajo el agua: cazando, descansando, apareándose y poniendo huevos sin tierra seca.
El equipo imitó un solo pelo del abdomen de una araña cubriendo un hilo con un spray hidrofóbico comercial. Cuando lo sumergieron, observaron que las burbujas se unirían al hilo y, si el hilo estaba inclinado, se guiarían hacia arriba a lo largo del hilo, incluso en ángulos tan bajos como diez grados con respecto a la horizontal.
Imagen: Cronofotografía de una burbuja de aire con volumen Ω ≈ 8.2 μl capturado por una fibra con un radio de 115 μm inclinado por α = 21°. El tiempo entre dos imágenes sucesivas es de 40 ms. Se observa que el movimiento después de típicamente 100 ms tiene lugar a una velocidad constante V/11 cm/s.
Es bien conocido el escenario similar de gotas de agua que se filtran por un hilo en el aire, pero la situación de las burbujas en el agua sorprendió a Maleprade y sus colegas.
Su análisis de las fuerzas sobre las burbujas mostró que la mayor parte del arrastre provino de una capa de agua alrededor de la burbuja, en contraste con la gota, en la cual el arrastre se origina en los extremos del área de contacto entre el agua y el hilo.
“El aire es fácil de mover, pero el agua no lo es, la fricción siempre ocurre en el agua. Es más difícil mover el agua alrededor de la burbuja que mover esta", dice de Maleprade.
Al variar el ángulo de los hilos, el tamaño de las burbujas y la viscosidad del fluido, el equipo pudo crear una imagen completa de la física y establecer la interacción entre la inercia, la flotabilidad, la viscosidad y la tensión superficial.
Aunque comenzaron su estudio sin tener en cuenta las aplicaciones, ya han sido contactados por intereses de la industria que pueden ver potencial del nuevo conocimiento.
Los gases atrapados pueden ser problemáticos en industrias basadas en flujos de líquidos: la capacidad de atrapar y guiar burbujas de gas fuera de las líneas de fluidos podría ser una gran ayuda para reducir los riesgos de seguridad, especialmente si los gases son peligrosamente tóxicos o inflamables.
Artículo científico: Tightrope bubbles
