De ce au creat acești cercetători „peisaje lichide” folosind imprimarea 3D?

În Belgia, cercetătorii au reușit să manipuleze suprafața apei pentru a crea ceea ce numesc „peisaje lichide”. Ce înseamnă acest concept și la ce ar putea folosi o asemenea inovație?

Grupul de Cercetare și Aplicații în Fizică Statistică (GRASP) de la Universitatea din Liège se află în spatele unei descoperiri la fel de curioase pe cât este de promițătoare. Folosind spini de dimensiuni milimetrice realizați prin imprimare 3D, cercetătorii au reușit să modifice suprafața apei și să genereze peisaje lichide programabile. Mai mult, în interiorul acestor peisaje, particule mici se pot deplasa controlat. Rezultatele au fost publicate în revista Nature Communications.

Pentru a înțelege mai bine această lucrare, este esențial să cunoaștem două concepte-cheie: tensiunea superficială și meniscul. Tensiunea superficială reprezintă o proprietate a apei care îi permite să reziste forțelor externe – un fel de peliculă invizibilă la suprafață. Meniscul este curbura subtilă care apare acolo unde lichidul întâlnește un obiect solid, determinată de modul în care moleculele de apă interacționează cu suprafața acelui obiect.

Cercetătorii au explorat posibilitatea de a „sculpta” apa, creând meniscuri controlate pentru a forma structuri tridimensionale la suprafața lichidului. Cu ajutorul unei imprimante 3D de tip Stratasys PolyJet, au realizat structuri reticulare formate dintr-o combinație de spații goale și material solid, modelat sub formă de spini rotunjiți, de ordinul milimetrilor. Acești spini, plasați suficient de aproape unii de alții, deformează suprafața apei fără a-i afecta tensiunea superficială.

Structurile au fost plasate în vase Petri, peste care s-a turnat suficientă apă pentru a acoperi complet spinii, generând astfel meniscuri în jurul lor. Prin ajustarea înălțimii și distanței dintre spini, cercetătorii au constatat că suprafața apei devine neuniformă, putând fi „modelată” după dorință. Fiecare modificare geometrică a generat un „relief lichid” distinct – o topografie fluidă.

Ce aplicații ar putea avea această descoperire? Potrivit autorilor, „această metodă oferă o nouă modalitate de a deplasa și sorta obiecte plutitoare, precum bile, picături sau particule de plastic. Atunci când suprafața lichidului este înclinată, obiectele mai ușoare urcă, grație flotabilității lui Arhimede, iar cele mai dense coboară, ca și cum ar aluneca pe o pantă.”

În esență, această tehnologie deschide noi perspective în domeniul micromanipulării – mai ales în sortarea și transportul particulelor la scară mică. Cercetătorii consideră că ar putea avea aplicații importante în combaterea poluării marine, de pildă în identificarea și extragerea microplasticelor din apă.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România