La nature a travaillé pendant des éons pour perfectionner les textures de surface qui protègent, cacher et autrement aider toutes sortes de créatures à survivre.

Il y a le brillant, texture diffusant la lumière des ailes de papillon morpho bleu, le rugueux, la texture réductrice de traînée de la peau de requin et le collant, mais la texture hydrofuge des pétales de rose.

Mais comment utiliser ces textures et propriétés naturelles dans le monde de l'ingénierie ? Est-ce que l'hydrofuge, texture ultrahydrophobe d'une plante de lotus peut-elle être appliquée d'une manière ou d'une autre à une aile d'avion en tant que dispositif anti-givrage ? Les tentatives précédentes ont impliqué le moulage de polymères et d'autres matériaux mous, ou des motifs de gravure sur des matériaux durs qui manquaient de précision et qui reposaient sur un équipement coûteux. Mais qu'en est-il de faire bon marché, des biostructures métalliques moulées ?

Martin Thuo de l'Iowa State University et les étudiants de son groupe de recherche ont trouvé un moyen dans leur quête de « science/innovation frugale, " ce qu'il décrit comme " la capacité de minimiser les coûts et la complexité tout en fournissant des solutions efficaces pour améliorer les conditions humaines ".

Pour ce projet, ils prennent leur développement précédent de particules de métal liquide et les utilisent pour fabriquer des versions métalliques parfaitement moulées de surfaces naturelles, dont un pétale de rose. Ils peuvent le faire sans chaleur ni pression, et sans endommager un pétale.

Ils décrivent la technologie qu'ils appellent BIOMAP dans un article récemment publié en ligne par Angewandte Chemie , un journal de la Société chimique allemande. Thou, un professeur agrégé de science et génie des matériaux avec un rendez-vous de courtoisie en génie électrique et informatique, est l'auteur correspondant. Les co-auteurs sont tous des étudiants de l'Iowa State en science et ingénierie des matériaux :Julia Chang, Andrew Martin et Chuanshen Du, doctorants; et Alana Pauls, un étudiant.

L'État de l'Iowa a soutenu le projet avec des redevances de propriété intellectuelle générées par Thuo.

"Ce projet est né d'un constat que la nature a beaucoup de belles choses qu'elle fait, " dit Thuo. " La plante de lotus, par exemple, vit dans l'eau mais ne se mouille pas. Nous aimons ces structures, mais nous n'avons pu les imiter qu'avec des matières douces, nous voulions utiliser du métal."

La clé de la technologie sont des particules microscopiques de métal liquide sous-refroidi, développé à l'origine pour le soudage sans chaleur. Les particules sont créées lorsque de minuscules gouttelettes de métal (dans ce cas, le métal de Field, un alliage de bismuth, indium et étain), sont exposés à l'oxygène et revêtus d'une couche d'oxydation, piéger le métal à l'intérieur à l'état liquide, même à température ambiante.

Le procédé BIOMAP utilise des particules de tailles variables, tous ne mesuraient que quelques millionièmes de mètre de diamètre. Les particules sont appliquées sur une surface, le recouvrant et épousant toutes les crevasses, les lacunes et les modèles à travers les processus autonomes d'autofiltration, pression capillaire et évaporation.

Un déclencheur chimique relie et solidifie les particules les unes aux autres et non à la surface. Cela permet de soulever des répliques métalliques solides, créant un relief négatif de la texture de la surface. Des reliefs positifs peuvent être réalisés en utilisant la réplique inversée pour créer un moule, puis en répétant le processus BIOMAP.

"Tu le soulèves, ça a l'air exactement pareil, " dit Thu, notant que les ingénieurs pouvaient identifier différents cultivars ou roses grâce à de subtiles différences dans les répliques métalliques de leurs textures.

Surtout, les répliques ont conservé les propriétés physiques des surfaces, tout comme dans la lithographie douce à base d'élastomère.

"La structure métallique conserve ces propriétés ultrahydrophobes, exactement comme une plante de lotus ou un pétale de rose, " dit Thuo. " Mettez une goutte d'eau sur un pétale de rose en métal, et les gouttelettes collent, mais sur une feuille de lotus en métal, elle s'écoule tout simplement."

Ces propriétés pourraient être appliquées aux ailes d'avion pour un meilleur dégivrage ou pour améliorer le transfert de chaleur dans les systèmes de climatisation, dit Thuo.

C'est ainsi qu'une petite innovation frugale "peut mouler les structures délicates d'un pétale de rose en une solide structure métallique, ", a déclaré Thuo. "C'est une méthode qui, nous l'espérons, conduira à de nouvelles approches de fabrication de surfaces métalliques hydrophobes basées sur la structure et non sur les revêtements du métal."