Forskere trykker på lasere for at efterligne hajhud, andre naturlige overflader

Finpudset af 450 millioner års evolution, hajskind tilbyder et næsten perfekt design til at glide ubesværet gennem vandet.

Et forskerhold fra University of Nebraska-Lincoln ledet af Dennis Alexander arbejder på at oversætte denne evolutionære fordel - og andre, der er lavet af Moder Natur - til metaloverflader. Ultimativt, arbejdet vil give metal de samme unikke egenskaber, gør det muligt at bruge det til forsvar og industrielle formål.

"Vores strukturer er meget vigtige for militæret, Boeing og NASA, sagde Alexander, Kingery professor i elektro- og computerteknik. "Vi lægger vægt på disse strukturer ved at bruge disse overflader i barske miljøer, men der er ikke nogen metaloverflade, vi ikke kan funktionalisere."

Hans team bruger ekstremt korte laserimpulser - disse varige små brøkdele af et sekund - til at ændre kun selve kanten af ​​en metaloverflade. Ændring af laservinklen og andre parametre skaber overflader, der efterligner naturen.

Ved at kopiere den mikroskopiske struktur af hajskind på metal, forskerholdet skaber en superhydrofil, eller vandtransporterende, materiale. Denne egenskab reducerer luftmodstanden og kan bruges til at skabe undervandsfartøjer, der rejser længere under vandet med mindre strøm.

Nebraskas laserskabte overflader forbedrer også varmeoverførslen, en vigtig egenskab i mange militære og kommercielle systemer.

Andre naturlige overflader studeret af Alexanders team inkluderer rosenblade, biller og møløjne.

Rosenblade er superhydrofobe, får regnvand til at glide af i perler. Ligesom deres superhydrofile modstykker, superhydrofobe overflader reducerer modstanden. Anvendelser omfatter medicinske forsyninger, der afviser væsker og ikke kan forurenes med blod eller andre væsker, antibakterielle metaller til udskiftning af led, reduktion af isopbygning på trafiklys og elledninger, og forbedring af kondensatorvarmevekslere, inklusive dem, der bruges til at genvinde vand i rummet.

Alexanders team arbejder sammen med NASA om at forbedre varmevekslerne. Værket har potentiale til at fremme planer for dyb rumfart, inklusive missioner til Mars.

Eksoskeletter af biller, der lever i ørkenområder, har overflader, der - ligesom hajhud - er superhydrofile. Når metaloverflader, der efterligner billerne, placeres tæt på hinanden, de genererer en pumpeløs vægevirkning, der kan trække væske opad (se den animerede gif nedenfor).

"Konceptet kunne bruges i (udviklings)lande til at pumpe vand til overfladen uden elektricitet, " sagde Alexander. "I bund og grund, det er på samme måde som Moder Natur gør det i træer og planter."

Designet til at flyve rundt om natten og undgå at blive opdaget af rovdyr, møl øjne absorberer et bredt spektrum af lys. Ved at oversætte disse overfladeegenskaber til metal, holdet skaber et anti-reflekterende metal, der forbedrer solpanelets effektivitet og gør stealth-fly sværere at spore.