La nature, dans ce cas, les plantes en pichet, s'avère une fois de plus l'inspiration de la science. Les scientifiques ont étudié les plantes carnivores, dans l'espoir de reproduire leurs surfaces glissantes. iStockphoto/Thinkstock "Supposez une surface complètement sans friction." Combien de fois avons-nous vu cette déclaration dans notre cours de physique au lycée ? Et combien de fois nous sommes-nous demandé pourquoi nos professeurs étaient si désireux de nous faire vivre dans un monde fantastique ? Maintenant, grâce à un groupe de scientifiques connu sous le nom de tribologues , la perspective d'éliminer la friction entre deux surfaces en interaction devient rapidement une réalité.
Cela se fait de manière intéressante, trop. Par exemple, une équipe de chercheurs de l'Université Harvard a étudié les feuilles de la carnivore pichet, qui présentent des crêtes microscopiques qui emprisonnent une couche de nectar liquide entre elles. La surface est si glissante que les insectes qui se posent sur les feuilles glissent et tombent en profondeur, pochettes en forme de pichet, où les enzymes les engloutissent. De retour au labo, les chercheurs ont dupliqué la pente glissante de la cruche en créant un réseau aléatoire de nanopostes hydrofuges et de nanofibres recouvertes de téflon, puis en les trempant dans un liquide riche en fluor. Le liquide a formé une couche entre les nanostructures, empêchant l'eau et d'autres matériaux de s'écouler entre eux et créant une surface presque antiadhésive.
Qu'est-ce que les surfaces sans friction peuvent faire pour vous ? Bien, nous avons tous retourné quelques œufs dans des poêles antiadhésives, mais ce n'est que la pointe d'un iceberg super glissant.
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Biofilm de sable ! Image reproduite avec l'aimable autorisation du Lewis Lab de la Northeastern University. Image créée par Anthony D'Onofrio, William H. Fowle, Eric J. Stewart et Kim Lewis. Biofilms -- des tapisseries de microbes tels que des bactéries ou des champignons qui poussent attachés à un substrat solide -- causent de nombreux problèmes aux prestataires de soins de santé. Selon les instituts nationaux de la santé, la formation de biofilms représente 65 pour cent de toutes les infections microbiennes humaines [source :Ames]. Vous pourriez penser que le nettoyage fastidieux est la réponse au problème, mais les biofilms résistent obstinément au frottement. Ils ont également tendance à ignorer les effets des antibiotiques. La meilleure solution consiste à empêcher les bactéries de se fixer à un substrat en premier lieu. Bonjour, surface sans frottement !
Un biofilm commence sa vie lorsque quelques micro-organismes insouciants passent à côté d'un plan de travail ou d'un instrument chirurgical et s'y collent, soit au moyen de molécules d'adhésion gluantes ou de structures appelées pili . Une fois attaché, ce petit groupe de cellules sécrète une substance polymère extracellulaire , ou EPS , qui agit comme du ciment pour maintenir les cellules - et leur progéniture - en permanence en place. Mais si vous pouvez interrompre le processus de pièce jointe, vous pouvez empêcher la formation du biofilm.
C'est exactement ce qu'une équipe de scientifiques de l'Université de Nottingham au Royaume-Uni a fait. En revêtant les surfaces de laboratoire et les dispositifs médicaux tels que les cathéters d'un polymère d'acrylate similaire à ceux utilisés dans l'industrie des plastiques, les chercheurs ont réussi à empêcher les pionniers des bactéries de s'implanter. Le résultat :ils ont trouvé une réduction de 97 pour cent de la couverture de la Staphylococcus aureus bactérie [source :Ames].
Votre monde de condiments est sur le point d'être secoué, copain. Stock informatique gratuit / Thinkstock Dans les années 1970, Heinz a construit toute une campagne publicitaire autour de son super épais, ketchup sans friction. La campagne a emprunté le tube "Anticipation" de Carly Simon et a vanté les vertus d'un "goût qui vaut la peine d'attendre".
Apparemment, l'industrie de la restauration pense que le gaspillage ne vaut pas la peine d'attendre. Ketchup, moutarde, la mayonnaise et la sauce barbecue qui ne peuvent pas être extraites des bouteilles signifient une perte de revenus pour les restaurateurs et les familles qui tentent d'étirer leurs budgets d'épicerie. Environ 1 million de livres (453, 592 kilogrammes) de sauces et vinaigrettes collées sont jetées chaque année dans le monde, selon le groupe de recherche de Varanasi, une équipe d'ingénieurs mécaniciens et de nanotechnologues du Massachusetts Institute of Technology. Ensuite, il y a le problème du gros bouchon requis pour sortir les condiments des bouteilles compressibles. Éliminer le besoin d'un si grand bouchon réduirait la quantité de plastique entrant dans une seule bouteille, qui pourrait en garder 25, 000 tonnes de produits pétroliers hors du flux de déchets chaque année [source :LiquiGlide].
La même équipe du MIT, folle de condiments, a une solution :enduire l'intérieur des bouteilles d'un matériau unique qui empêche le ketchup, mayonnaise ou tout autre type de sauce de coller à la surface. La plupart des revêtements similaires contiennent des nanolubrifiants que vous ne voudrez peut-être pas ingérer, mais les gens de Cambridge ont développé un matériau sans danger pour les aliments qui, selon eux, est complètement insipide et non toxique. Ils l'appellent LiquiGlide et le décrire comme un "liquide structuré" - rigide comme un solide, mais glissant comme un liquide. Enduire l'intérieur d'une bouteille de condiments avec LiquiGlide, et le contenu glisse comme, bien, caca d'oie.
Le sous-marin d'attaque de classe Los Angeles USS Chicago (SSN 721) termine une manœuvre d'entraînement au large des côtes de la Malaisie en juillet 2001. On se rend compte à quel point la friction peut être une force très redoutable pour une bête comme celle-là. Image courtoisie U.S. Navy/Photographer's Mate 1re classe Kevin H. Tierney Les ingénieurs sont obsédés par la conception de sous-marins depuis plus de 200 ans, mais ils ont été incapables d'éliminer l'un de ses problèmes les plus épineux -- traînée de friction , une force qui s'oppose au mouvement vers l'avant lorsque l'eau adhère à la surface de la coque extérieure. Selon certaines estimations, ce « frottement cutané » représente environ 65 % de la traînée des sous-marins [source :Pike].
Une solution? Un système d'éjection de polymère. Dans un tel système, le polymère est stocké dans un réservoir puis éjecté par une série de ports au fur et à mesure que le sous-marin se déplace. Le polymère s'écoule sur la surface et réduit l'interaction des molécules d'eau avec la surface. Malheureusement, le système augmente également le poids du navire.
Maintenant, les scientifiques ont peut-être une meilleure astuce :enduire les sous-marins d'une surface antiadhésive fabriquée à partir d'une nanotechnologie révolutionnaire. Le matériau n'a pas l'air extraordinairement spécial à l'œil nu. Mais si vous le regardez au microscope, vous voyez qu'il contient de minuscules aiguilles espacées de quelques millionièmes de mètre. Les aiguilles se reposent, comme une couche d'herbe, sur une surface de Téflon. Lorsque l'eau atteint le matériau, il rencontre de l'air emprisonné dans les espaces entre les aiguilles. Et cela rend le matériau extrêmement glissant - 99 % moins collant qu'une surface en téflon normale sans les aiguilles nanométriques [source :BBC News].
Les sous-marins recouverts de nanotechnologie auraient beaucoup moins de traînée de friction et nécessiteraient moins de carburant pour les propulser. Et, Ouais, un imperméable fait du même matériau vous protégerait bien mieux que le trench-coat London Fog le plus cher.
Un dégivreur efface la neige d'un KC-135 Stratotanker avant qu'il ne décolle de la base aérienne de Manas, Kirghizistan, à destination de l'Afghanistan. Image reproduite avec l'aimable autorisation de l'US Air Force/Tech. Sgt. Matthew McLean Les ailes d'avion offrent une portance importante, tant qu'elles conservent leur forme d'usine. Enduire une aile même d'une fine couche de neige ou de glace, cependant, et vous perturbez sa capacité à maintenir un avion en l'air. En réalité, selon certaines estimations, l'accumulation de glace peut réduire la portance jusqu'à 25 %, c'est pourquoi les équipages au sol et en vol s'inquiètent tellement du dégivrage pendant les voyages aériens en hiver [source :Kaydee].
La méthode éprouvée pour enlever la glace implique une stratégie en trois étapes. Lors de la première étape, dégivrage, les équipes au sol de l'aéroport vaporisent une solution chaude de glycol et d'eau sur les ailes d'un avion. Cela fait fondre la glace existante mais ne fait pas grand-chose pour empêcher la formation de nouvelle glace. Pour cela, il faut une étape d'antigivrage et un deuxième type de fluide, qui contient plus de glycol et un additif supplémentaire pour le faire adhérer à la surface de l'aile pendant le décollage. Une fois qu'un avion atteint son altitude de croisière, les liquides deviennent moins efficaces dans la lutte contre les précipitations gelées. Les pilotes de jet résolvent le problème en détournant une partie de la chaleur des moteurs vers la tuyauterie dans les ailes. Les pilotes d'avions à hélice s'appuient sur des bottes en caoutchouc qui se gonflent et se dégonflent pour faire tomber la glace des ailes et de la queue.
Mais et si vous pouviez construire un avion avec une surface si lisse que la glace ne se forme pas en premier lieu ? Plusieurs types de nanotechnologies pourraient bientôt en faire une réalité. Les scientifiques de GE Global Research ont développé un nanotexturé, revêtement superhydrophobe (ou hydrofuge) qui réduit considérablement l'adhérence de la glace sur les surfaces des ailes. Et une équipe de la North Carolina State University expérimente un polymère antiadhésif qui fonctionne avec un substrat élastique. Le polymère est appliqué sur le substrat lorsque le matériau élastique est légèrement étiré. Lorsque la tension est relâchée, le substrat rassemble les molécules de polymère dans une configuration superdense. Les ailes d'avion recouvertes de polymères sans friction résistent à tout, même à la glace.
La station de métro de Times Square en 1974 témoigne de ce qui a été un problème vieux de plusieurs décennies pour d'innombrables villes. Erik Calonius/Les Archives nationales Il est peu probable que les graffeurs apparaissent sur la liste des dix fugitifs les plus recherchés du FBI, mais les villes et les municipalités prennent ce type particulier de vandalisme très au sérieux. Chicago a dépensé 4,1 millions de dollars en 2012 pour son programme anti-graffiti et, en 2011, supprimé 137, 459 exemples d'œuvres d'art peintes à la bombe sur des ponts, bâtiments et enseignes [source :Novak]. À Los Angeles, le problème - et le budget nécessaire pour le résoudre - est encore plus important. C'est beaucoup d'argent et de main-d'œuvre qui pourraient être consacrés à d'autres services sociaux et programmes municipaux.
Les équipes de nettoyage de graffitis utilisent une variété de techniques pour éponger les œuvres d'art illicites - repeinture, élimination chimique et lavage sous pression. Malheureusement, certaines de ces méthodes peuvent produire une plus grande horreur que le vandalisme lui-même. Entrez dans le mur anti-graffiti, qui comporte un matériau antiadhésif qui résiste à l'adhérence de la peinture ou facilite l'enlèvement car la peinture n'interagit pas avec la surface protégée. Les scientifiques ont façonné un tel matériau pour imiter les feuilles de la fleur de lotus. La surface de ces feuilles porte un ensemble complexe de crêtes microscopiques recouvertes de cire. Les crêtes emprisonnent l'air entre elles et, par conséquent, l'eau tombant sur la feuille forme des gouttelettes individuelles qui roulent simplement. Un mur ou une enseigne recouverte d'un tel matériau - une nanostructure construite en laboratoire mais inspirée de la nature - déjouerait les graffeurs et rendrait probablement les maires très, très heureux.
Je suis presque sûr qu'elle peut trouver de meilleures choses à faire avec son temps, comme aller à la cour de récréation. Allez les voitures autonettoyantes ! iStockphoto/Thinkstock Certaines personnes aiment laver leurs voitures, mais beaucoup de gens apprécieraient d'avoir le look frais de la salle d'exposition sans tous les efforts. Et n'oubliez pas l'impact environnemental du lavage de voiture, qui draine les réserves d'eau et déverse des polluants dans les zones humides menacées. Si seulement nos voitures se nettoyaient.
Grâce à des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas, nous sommes peut-être plus proches d'une Prius perpétuellement polie. Les scientifiques n'ont pas inventé une toute nouvelle nanotechnologie. Au lieu, ils ont pris un produit résistant à l'eau existant, déjà utilisé sur certains véhicules, et l'a rendu meilleur. Le revêtement d'origine fonctionnait car il était incrusté de nanocapsules à sa surface. Ces minuscules capsules repoussaient l'eau et contenaient des agents de nettoyage ou des gouttelettes de peinture de sorte que lorsqu'elles se rompaient, disons par une égratignure de clé, ils ont libéré leur contenu et « guéri » le défaut. Malheureusement, les capsules avaient une durée de conservation limitée. Pour prolonger les propriétés autonettoyantes/cicatrisantes du revêtement, les scientifiques néerlandais ont repensé sa nanostructure pour que les capsules résident sur des tiges. Lorsqu'une combinaison capsule/tige est perturbée, une autre tige sous-jacente s'élève et s'oriente à la surface pour restaurer la finition d'usine.
Les voitures équipées de ce nouveau revêtement n'auront besoin que d'une bonne pluie pour éliminer la saleté et la crasse. Et les fientes d'oiseaux éclaboussées sur votre porte ou votre capot peuvent appartenir au passé.
Jusqu'à ce que la maison du futur soit là, vous pouvez parfois trouver ce type dans votre salle de bain. Nous vous laisserons décider si c'est une bonne ou une mauvaise chose. iStockphoto/Thinkstock Les détaillants ne sont pas les seuls à attendre le lendemain de Thanksgiving avec impatience. Apparemment, les plombiers aiment aussi le Black Friday, lequel, selon au moins une source, C'est l'heure de grande écoute pour les tuyaux bouchés dans la salle de bain et la cuisine [source :Henkenius]. Bien que cette relation particulière semble un peu mystérieuse (bien que nous soyons sûrs que l'oncle Fred y soit pour quelque chose), le comment et le pourquoi des sabots sont connus depuis des années. Ils commencent lorsqu'une petite quantité de débris s'accroche à l'intérieur d'un tuyau et agit ensuite comme un noyau sur lequel s'accumule d'autres matériaux. Par exemple, si vous videz de la graisse dans l'évier de la cuisine, la graisse adhère aux parois du tuyau et les particules alimentaires adhèrent à la graisse. Au fur et à mesure que l'obstruction grandit avec le temps, l'eau refoule derrière le blocage.
Dans la maison du futur, tous les tuyaux seront revêtus d'un revêtement sans frottement. Cela empêchera les débris de coller et devrait rendre les sabots pratiquement inexistants. De nombreuses entreprises commerciales ont déjà investi dans une technologie similaire. Fabricants de produits chimiques, par exemple, utiliser couramment des tubes doublés de polytétrafluoroéthylène, ou PTFE. Vous pouvez reconnaître le PTFE par son nom de marque plus courant - Teflon, le même matériau qui recouvre vos casseroles et poêles antiadhésives. Lorsqu'il est utilisé dans des tuyaux et des tubes, Le PTFE empêche l'encrassement et le colmatage. Il minimise également la résistance aux fluides, ce qui rend les environnements de fabrication beaucoup plus efficaces.
Jusqu'à ce que vous puissiez avoir des tuyaux revêtus de téflon dans votre maison, il peut être préférable d'envoyer oncle Fred faire ses valises. Ou faites le plein de pistons et de nettoyants chimiques pour drains.
Le destroyer lance-missiles de classe Arleigh Burke USS McCampbell (DDG 85) navigue dans la mer d'Andaman en octobre 2012. Se débarrasser de l'USS McCampbell et d'autres navires de sa classe de crustacés d'eau salée peut coûter des millions de dollars à la Marine chaque année. Image courtoisie U.S. Navy/Mass Communication Specialist 3rd Class Justin A. Johndro À moins que vous ne possédiez un navire de mer, vous ne perdez probablement pas beaucoup de sommeil à cause des bernacles. Mais pour les marines, marinas et bateaux de pêche commerciale, c'est une grave préoccupation. Une étude de 2011 menée par des chercheurs de l'Académie navale des États-Unis a révélé que encrassement biologique -- c'est le terme fantaisiste utilisé pour décrire ce qui se passe lorsque les petits crustacés d'eau salée adhèrent à une coque ou à une hélice et diminuent l'efficacité du navire -- coûte à la Marine 56 millions de dollars par an ou 1 milliard de dollars sur 15 ans [source :Schultz]. Et c'est juste pour une classe de navires - les destroyers lance-missiles de classe Arleigh Burke.
La plupart de ces coûts impliquent un processus de nettoyage et de peinture qui existe depuis des siècles. D'abord, le navire est mis en cale sèche, puis les ouvriers grattent les balanes de la coque et des pales de l'hélice. Finalement, ils traitent les surfaces exposées avec de la peinture contenant de l'étain ou du cuivre. Les métaux de la peinture sont toxiques pour les larves de balanes, les empêchant de s'installer et de trouver un foyer permanent. Mais la peinture s'estompe avec le temps, ce qui signifie que les navires doivent être nettoyés à plusieurs reprises au cours de leur vie.
Heureusement, les scientifiques ont trouvé ce qui pourrait être une meilleure approche. Après avoir appris que les balanes préfèrent les surfaces lisses, ils ont créé un matériau micro-texturé contenant de minuscules pics et vallées dont la taille varie de 1 à 100 micromètres. Ensuite, ils ont exposé le matériau à de l'eau de mer remplie de balanes pour mesurer le degré d'attachement. Ils ont constaté que lorsque la topographie de la texture de surface restait dans la plage de 30 à 45 micromètres, le tassement et l'attachement des balanes ont été réduits de 92 % par rapport aux surfaces lisses [source :Berntsson]. La recherche peut conduire au premier antiadhésif, navire anti-bernacle du futur.
Euh. Juste euh. C'est tout ce que nous avons à dire sur cette paroi gingivale. iStockphoto/Thinkstock Si vous êtes un amateur de gomme, surtout celui qui vit dans la jungle de béton de n'importe quelle grande ville, mâchez ceci :chaque fois que vous crachez un morceau de substance gluante sur le sol, vous finissez par payer pour cela sous forme d'impôts plus élevés. C'est exact, gratter la gomme jetée des trottoirs et des rues nécessite des produits chimiques, nettoyeurs vapeur, laveuses à pression et opérateurs pour faire le sale boulot. À Charleston, S.C., la ville dépense 200 $ par mois juste pour garder trois poteaux électriques dans son quartier City Market exempts de bourres capricieuses. Et à Ocean City, Maryland., deux employés de la ville passent trois semaines chaque automne à nettoyer les trottoirs dans une zone de 14 pâtés de maisons près de la promenade [source :Bryant]. Ce n'est pas un nouveau problème, Soit. En 1939, dans le cadre de la campagne du maire La Guardia contre la gomme, plus de 20, 000 liasses de trucs collants ont été retirées d'un endroit à Times Square [source :Stead].
Une société de polymères basée au Royaume-Uni - Revolymer - s'efforce de faire de ce problème particulier une chose du passé. Ses scientifiques ont créé une gomme révolutionnaire, Rev7, qui peut être facilement retiré d'une gamme de surfaces, y compris les trottoirs pavés, les tapis, textiles et vêtements. Pour donner à Rev7 ses propriétés antiadhésives, la société ajoute un produit chimique à la base de gomme qui est à la fois hydrophile (qui aime l'eau) et hydrophobe (qui déteste l'eau ou aime l'huile). L'affinité du polymère pour l'huile rend la gomme douce et souple, mais son attraction pour l'eau signifie que la gomme a toujours un film d'eau autour d'elle, même quand ce n'est pas dans la bouche de quelqu'un. C'est ce film d'eau qui permet à quelqu'un de décoller Rev7 de n'importe quelle surface.
Non pas que cela vous donne une excuse pour cracher votre chewing-gum où et quand vous le souhaitez. Miss Manners suggère que tous les chewing-gums, même le type sans friction, doivent être éliminés correctement.
Le LZR Racer exposé à l'été 2008 Image avec l'aimable autorisation de Kazuhisa Otsubo/Cytech (sous licence CC BY 2.0) Envie de nager comme un requin ? Ensuite, il faut avoir la peau d'un requin. Cela semble impossible, mais si vous enfilez un body high-tech, comme le LZR Racer de Speedo, alors vous êtes un pas de plus. La combinaison utilise des panneaux en polyuréthane pour emprisonner l'air et comprimer le corps pour augmenter la flottabilité et réduire la traînée. Mais ce n'est que le début. Le tissu du LZR Racer est recouvert de nanoparticules hydrophobes qui repoussent l'eau et diminuent la friction le long du corps du nageur. Après l'introduction de ces combinaisons juste avant les Jeux olympiques de 2000 à Sydney, Australie, les nageurs de compétition ont battu de nombreux records du monde, menant à leur éventuelle interdiction des Jeux olympiques de Londres 2012 [source :Dorey].
Finalement, des combinaisons encore meilleures peuvent être possibles - et elles peuvent ressembler de plus en plus à de vraies écailles de requin, qui sont nervurés avec des rainures longitudinales. Cette surface rugueuse réduit la formation de tourbillons le long du corps d'un requin nageur, leur permettant de glisser dans l'eau comme un missile presque sans friction. Speedo continue d'expérimenter des textures inspirées des requins pour faire progresser la conception de ses maillots de bain, même si les athlètes olympiques ne pourront jamais les porter en compétition. Cela ne devrait pas vous arrêter, cependant, de se glisser dans une seconde peau et de faire exploser la concurrence dans la piscine locale.
Souvenez-vous de Clark W. Griswold de « Vacances de Noël » de National Lampoon : « Ceci est le nouveau non-calorique, lubrifiant de cuisine à base de silicone sur lequel mon entreprise travaille. Cela crée une surface 500 fois plus glissante que n'importe quelle huile de cuisson. » Clark frotte le lubrifiant sur sa soucoupe-traîneau et se met à dévaler une colline enneigée comme un crétin sorti de l'enfer. Nous recherchions un produit similaire, bien qu'un peu moins farfelu, solutions pour compléter cet article.
