I ricercatori osservano con precisione le gocce utilizzando la tecnologia di telecamere ad alta velocità 3D

Fabian Krull (a sinistra) e il professor Antonyuk studiano come le gocce colpiscono diverse superfici. (Foto: TUK/Thomas Koziel)

Viene utilizzato un sistema di telecamere 3D ad alta velocità. (Foto: TUK/Thomas Koziel)

Le gocce scorrono via dalle foglie di loto, mentre su un muro di cemento si bagnano. La causa è la diversa natura delle superfici. Piccole strutture portano, ad esempio, a che una goccia non aderisca. Questi effetti vengono studiati dai ricercatori dell'Università Tecnica di Kaiserslautern (TUK) con un sistema di telecamere ad alta velocità 3D. In questo modo osservano cosa succede quando le gocce colpiscono superfici diverse. Le scoperte possono aiutare a ridurre l'usura delle macchine o a mantenere pulite le linee di produzione. Alla fiera di tecnologia dei processi Achema a Francoforte, presentano la tecnologia dal 11 al 15 giugno presso lo stand di ricerca della Renania-Palatinato (Padiglione 9.2, Stand A86a).

Quando una goccia d'acqua cade su una foglia di loto, rimbalza semplicemente via. Questo fenomeno, noto come effetto loto, si basa sul fatto che la superficie delle foglie presenta piccole irregolarità (bump), che alla fine portano al distacco della goccia. Le piccole strutture sono state scoperte negli anni '70 dal botanico Wilhelm Barthlott grazie al microscopio elettronico a scansione. Il principio viene ormai utilizzato, ad esempio, sui vetri delle finestre o nelle vernici per pareti.

Anche all'Università di Kaiserslautern, i ricercatori del dipartimento di ingegneria meccanica e tecnologia dei processi si occupano di questo fenomeno. Si chiedono come si comportino le gocce quando incontrano superfici con microstrutture di forme diverse, come bump, reticoli o trapezi. "Si tratta di strutture molto più piccole, ad esempio, del diametro di un capello", spiega Fabian Krull, che sta svolgendo il suo dottorato presso la cattedra di tecnologia meccanica dei processi con il professor Dr. Sergiy Antonyuk. Sono di circa 100 nanometri a 10 micrometri, dimensioni invisibili all'occhio umano. Eppure, queste strutture possono influenzare in modo diverso l'impatto delle gocce su una superficie.

Per osservare questo processo nel dettaglio, vengono utilizzate tre telecamere ad alte prestazioni. "Realizzano immagini da diverse angolazioni", dice Fabian Krull. Un software combina i dati in un'immagine 3D. "In questo modo possiamo osservare passo dopo passo cosa succede quando le gocce colpiscono superfici diverse", spiega il professor Antonyuk. Inoltre, gli ingegneri simulano il comportamento delle gocce nei loro modelli computerizzati.

Le ricerche si svolgono nell'ambito del progetto di ricerca speciale 926 (SFB) "Superfici di componenti: morfologia su scala micro", finanziato dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft. Le scoperte dei ricercatori potranno in futuro aiutare, ad esempio, a ridurre l'attrito nelle macchine o a progettare superfici industriali in modo che polvere e sporco non si accumulino. Potrebbero essere utilizzate anche negli ospedali, per evitare che i microrganismi si attacchino.

Alla Achema, gli ingegneri presenteranno il loro sistema di telecamere e le loro ricerche.