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Écluse de scarabée
En s'inspirant d'un petit scarabée du désert, les chercheurs du MIT ont créé une surface qui peut collecter les gouttelettes d'eau de l'air. Avec plus de développement, il pourrait être utilisé pour collecter de l'eau potable dans les déserts ou diriger des quantités microscopiques de fluide dans des réactions chimiques, selon les chercheurs.
Le dos bosselé de Stenocara transforme la brume en eau. (Crédit : Andrew Parker)
Les scientifiques admirent depuis longtemps le Stenocara moyen de survie du scarabée dans le désert du Namib en Afrique, l'un des endroits les plus secs de la planète. L'eau n'arrive dans la région que quelques fois par mois, dans une fine brume marine qui souffle sur le désert. Pour exploiter cette opportunité, le coléoptère effectue des poiriers, explique Andrew Parker, zoologiste à l'Université d'Oxford. Les matins brumeux, le scarabée se perche sur une dune de sable, baisse la tête et incline le dos face au vent.
Le dos du scarabée est couvert de bosses d'environ un demi-millimètre de diamètre. Comme Parker et ses collègues l'ont découvert en 2001, les bosses sont faites d'un matériau qui attire l'eau, tandis que les canaux cireux entre eux la repoussent. Au fur et à mesure que les gouttelettes d'eau passent, elles collent aux bosses; ils finissent par fusionner en gouttes plus grosses qui se brisent et roulent le long du dos du scarabée, dans sa bouche.
Inspiré de la description de Parker dans le numéro du 1er novembre 2001 de La nature , Robert Cohen, professeur de génie chimique au MIT, et Michael Rubner, professeur de science des matériaux, ont développé une surface qui imite le dos du scarabée. Il est construit en couches sur une lame de verre. La première couche est un polymère qui rend la surface poreuse ; les chercheurs saupoudrent cela de nanoparticules de silice. Ensuite, ils enduisent toute la lame d'un produit chimique fluoré, ce qui la rend hydrofuge. Enfin, pour reproduire les bosses du coléoptère, ils gouttent sur des molécules d'acide attirant l'eau, qui se fixent aux nanoparticules et se collent au-dessus de la surface. Le résultat est des taches hautement attirantes pour l'eau sur une surface hautement hydrofuge. La nouvelle surface recueille l'eau plus efficacement que la carapace du coléoptère, dit Cohen. Lui et Rubner décrivent leur travail en juin 2006 Lettres nano .
Les chercheurs appliquent maintenant la surface à des matériaux flexibles. Ils pensent que des voiles en tissu à motifs, si elles étaient suspendues à des maisons ou à des poteaux dans des régions extrêmement arides comme le Namib, pourraient collecter des brumes trop fines pour être capturées aujourd'hui. Dans les régions humides, de telles voiles pourraient également récupérer l'eau plus efficacement que les filets japonais utilisés actuellement. Mais la durabilité est toujours un problème ; la surface s'efface du tissu avec le temps.
Une société britannique appelée QinetiQ, dont l'un des scientifiques a co-écrit l'étude de Parker La nature papier, fabrique déjà un matériau similaire, qu'il teste dans des dispositifs qui piègent et économisent l'eau dans les unités de climatisation à base d'eau.
La question pour les chercheurs du MIT et QinetiQ, dit Parker, est de savoir si le revêtement tacheté peut être fabriqué à grande échelle à moindre coût. Cohen pense que cela peut être fait en utilisant des jets d'encre pour imprimer les points acides. S'il y avait un moteur pour le faire, je peux imaginer que le processus pourrait être étendu de manière appropriée, dit-il.
Il ajoute que le matériau pourrait avoir des utilisations qui ne nécessiteraient pas de fabrication à grande échelle. Les diapositives imprimées avec pratiquement n'importe quel motif pourraient être coupées en petits morceaux et utilisées pour construire des microcapteurs, dit-il. Ou des lames conçues pour contenir, puis mélanger, de minuscules gouttelettes de produits chimiques pourraient être utilisées pour effectuer des réactions à l'échelle microscopique.
Les travaux de Cohen et Rubner sont financés par la Defense Advanced Research Projects Agency des États-Unis, qui espère développer un revêtement biocide et autonettoyant pour les équipements militaires. Stenocara -une technologie inspirée pourrait être utilisée pour collecter et emporter des contaminants biologiques désactivés.