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L'ingénieur qui a mis fin à la bataille des bouteilles de ketchup
KEN RICHARDSON
Tout a commencé avec une bouteille de miel.
Kripa Varanasi et sa femme, Manasa, étaient à la maison et elle essayait de préparer une collation pour leur jeune fils. Elle avait du mal à verser du miel à la cuillère, frustrée par la difficulté d'obtenir les derniers morceaux de douceur collante du fond du récipient. Enfin, elle se tourna vers son mari. Vous travaillez sur des choses glissantes, dit-elle. Pourquoi ne pouvez-vous pas faire une bouteille glissante?
Varanasi, professeur agrégé de génie mécanique, dit qu'il a su instantanément que c'était exactement l'idée qu'il cherchait : j'étais comme, c'est génial !
Les deux avaient discuté des détails d'une nouvelle entreprise que lui et l'un de ses étudiants, David Smith, venaient de lancer pour commercialiser une invention qu'ils avaient développée dans le cadre de la thèse de doctorat de Smith. Après avoir trouvé un moyen de créer des surfaces très glissantes, ils cherchaient une application dans le monde réel. Mais les idées qu'ils avaient proposées n'étaient tout simplement pas à la hauteur - jusqu'à ce que Manasa frappe le pot de miel.
Cinq ans plus tard, cette société, appelée LiquiGlide, vient de clôturer son deuxième tour de capital-risque, pour un total de plus de 24 millions de dollars de financement. Et LiquiGlide a déjà des contrats avec plus de 70 entreprises pour mettre sur le marché diverses versions de ses revêtements glissants, dont certains de qualité alimentaire, par le biais de bouteilles de ketchup et de colle, de pots de cosmétiques, de pots de peinture, de cuves de mélange pour produits agrochimiques, etc. .
Ça a été une sacrée course ces derniers temps pour Varanasi. Il a également fondé une deuxième entreprise, dont le travail avec de grands partenaires industriels est sur le point de réduire les émissions mondiales de carbone. Une vidéo illustrant l'invention derrière LiquiGlide - montrant du ketchup glissant sans effort hors de sa bouteille - a été visionnée plus de deux tiers d'un million de fois sur YouTube. En l'espace d'une semaine récente, il a été présenté sur la BBC, CNN, NBC et d'autres points de vente nationaux et internationaux. Et lui et sa femme ont eu leur deuxième enfant en novembre, juste un an après avoir été titularisé en tant que professeur au MIT.
Ken Richardson
Mais le concept derrière cette invention glissante initiale, qui a conduit à ce Aha ! moment, avait mis des années à se préparer.
Depuis son enfance à Hyderabad, dans le sud de l'Inde, Varanasi est passionné par le bricolage, l'invention et la compréhension du fonctionnement des choses. Enfant d'une mère professeur de physique et d'un père ingénieur électricien, et petit-fils de deux enseignants, il ne manquait pas de mentors et de tuteurs alors qu'il construisait des circuits électroniques à partir de kits, dévorait des livres de mathématiques et créait des projets pour des concours scientifiques. Il a obtenu une place convoitée dans l'une des écoles d'ingénieurs d'élite du pays, IIT Madras, et de là, il est allé au MIT, obtenant son doctorat en génie mécanique en 2004. Après un passage de près de cinq ans chez GE, il est retourné au MIT en 2009. rejoindre la faculté de génie mécanique. Et c'est là que les connaissances sur les surfaces glissantes ont vraiment commencé.
Je voulais avoir un laboratoire qui améliorerait l'efficacité dans toute une gamme d'industries, explique Varanasi. Et il avait l'intuition que se concentrer sur les interfaces s'avérerait utile. Alors qu'il travaillait sur des problèmes du monde réel dans une variété d'industries, il a en effet commencé à remarquer un fil conducteur : les inefficacités provenaient souvent de la façon dont les matériaux se comportent aux interfaces, les endroits où une surface solide entre en contact avec des liquides, des gaz ou d'autres solides. . Par exemple, sur les ailes d'avion, la vapeur d'eau se transforme en glace, ajoutant du poids et réduisant la portance. Sur les condenseurs d'une centrale électrique, la vapeur chaude rencontre des surfaces froides pour se transformer, de manière peu efficace, en liquide qui peut ensuite retourner dans une chaudière pour être revaporisé. Dans les pipelines, le flux de pétrole et de gaz peut être ralenti ou même bloqué par des hydrates de méthane gelés qui collent aux parois des tuyaux.
Varanasi a découvert que de petits changements à ces interfaces pouvaient avoir de grands résultats. Pour éviter que les pipelines ne se bouchent et que les ailes d'avion ne gèlent, il avait besoin d'un moyen d'empêcher l'eau ou d'autres fluides de coller aux surfaces. Alors lui et ses étudiants ont commencé par examiner exactement ce qui se passait dans ces situations au niveau atomique et moléculaire. Ils ont fait une modélisation basée sur les lois fondamentales de la physique, puis ont étudié le processus de mouillage en détail microscopique en laboratoire.
Empêcher l'eau de coller aux surfaces implique une propriété appelée hydrophobicité (littéralement, une peur de l'eau) ou, dans sa forme la plus extrême, superhydrophobicité. De nombreux laboratoires à travers le monde travaillent au développement de surfaces superhydrophobes, mais Varanasi et son équipe ont poussé cette propriété dans de nouvelles directions. Ils ont créé des surfaces qui rejettent de nombreux types de fluides et d'autres qui restent très durables, même dans des environnements difficiles comme les centrales électriques pleines de vapeur chaude.
Les idées qui ont lancé LiquiGlide sont venues progressivement. Varanasi a entrepris de trouver un moyen de créer une surface perpétuellement glissante qui pourrait être utilisée avec une variété de fluides. Il compare le problème à la cuisson d'une crêpe sur une plaque chauffante : pour l'empêcher de coller, vous enduisez la poêle d'une couche d'huile, mais l'huile doit être reconstituée au fur et à mesure que vous ajoutez plus de pâte. Et s'il y avait un moyen de faire en sorte que l'huile reste dans la casserole ?
C'est là que la physique de base est intervenue. Varanasi et Smith ont réalisé qu'en créant une surface avec une texture suffisamment fine à l'échelle microscopique ou nanométrique, ils pouvaient exploiter les forces capillaires - la même chose qui permet à l'eau de monter à l'intérieur des minuscules passages internes d'un arbre - pour contenir un lubrifiant solidement en place. Et bien sûr, après de nombreuses expériences avec différents types de textures et de lubrifiants, ils ont trouvé des combinaisons qui y parvenaient : ils pouvaient modeler la surface en marquant ou en gravant (ou, plus tard, en pulvérisant un revêtement spécial), puis une couche d'huile ou d'un autre lubrifiant appliqué sur cette surface serait ancré solidement en place dans ses minuscules crevasses. Cela a fonctionné et les revêtements se sont avérés incroyablement durables.
Lorsqu'ils ont breveté le procédé, l'un des premiers objectifs allait être les revêtements des condenseurs des centrales électriques à vapeur. Ils ont compris qu'en faisant en sorte que ces condenseurs libèrent les gouttelettes d'eau plus rapidement lors de leur formation, ils pourraient améliorer l'efficacité globale de l'usine. Même une petite amélioration pourrait réduire considérablement les émissions mondiales de carbone.
Une démonstration montrant la peinture s'écoulant d'un pot de peinture non revêtu standard (à gauche) et d'un pot à revêtement LiquiGlide (à droite) suggère la quantité de déchets de produit qui pourrait être éliminée dans de grands réservoirs de peinture.
Mais cela s'est avéré être une bataille difficile pour trouver des clients prêts à payer pour une installation à grande échelle qui n'avait pas été prouvée sur le plan opérationnel. Alors ils ont commencé à penser aux produits de consommation. Que pouvaient-ils faire avec ce processus qui n'était pas à forte intensité de capital et qui pouvait être vendu directement ?
C'est alors que la suggestion de Manasa est arrivée. Les échantillons qu'ils avaient testés en laboratoire étaient des surfaces planes, et ils n'avaient pas vraiment pensé au revêtement de surfaces courbes complexes, mais avec un peu plus de travail, ils ont découvert que leur processus pouvait en effet bien fonctionner pour les conteneurs. Smith a préparé une série de démonstrations, utilisant des récipients revêtus non toxiques pour la mayonnaise, le miel, le ketchup et le dentifrice. Il a réalisé de courtes vidéos démontrant les résultats, et l'une d'entre elles est rapidement devenue virale.
Le dentifrice dans un récipient traité (à droite) glisse facilement au fond de la bouteille.
La bouteille de ketchup - un récipient qui conserve son contenu malgré les coups, les secousses et les cajoleries - est ce qui a vraiment attiré l'attention des gens. Et avec cette approche axée sur le consommateur, l'entreprise s'est diversifiée.
Désormais, LiquiGlide teste et ajuste des versions personnalisées de ses revêtements pour fonctionner avec une grande variété de liquides épais et visqueux. Cela pourrait être utile, par exemple, pour les fabricants de peinture, qui perdent jusqu'à 30 % de leurs cycles de production lorsque la peinture colle aux réservoirs de mélange et doit être lavée avec un grand volume d'eau qui se contamine au cours du processus.
Rien que dans l'industrie de la peinture, ils perdent environ 200 millions de tonnes de produits et produisent des millions de gallons d'eaux usées, donc tout cela représente beaucoup de dollars gaspillés, dit Varanasi.
Et ce n'est qu'une de ses startups basées sur l'invention. Il y a trois ans, lui et la prévôte associée du MIT, Karen Gleason, ont formé une autre société, appelée DropWise, qui exploite une surface superhydrophobe très durable destinée aux condenseurs des centrales à vapeur et aux environnements difficiles comme les opérations de forage pétrolier et gazier. Pourtant, une autre entreprise en est à ses débuts, à peine quelques mois et toujours en mode furtif. Je pense vraiment à la science comme un moyen de permettre le design. Et je pense que c'est ce qui a rendu cela possible, dit Varanasi. Mais cela ne se serait peut-être pas produit s'il n'y avait pas eu ce pot de miel ennuyeux.