Вдохновленные перьями крыльев пингвинов, исследователи разработали безхимическое решение проблемы обледенения линий электропередач, ветряных турбин и даже крыльев самолетов.
Накопление льда может нанести огромный ущерб инфраструктуре, а в некоторых случаях вызвать перебои в подаче электроэнергии.
Будь то ветряные турбины, электрические башни, дроны или крылья самолетов, решение проблем часто зависит от трудоемких, дорогостоящих и энергоемких технологий, а также различных химических веществ.
Команда исследователей из канадского Университета Макгилла считает, что они нашли новый многообещающий способ решения проблемы после изучения крыльев папуасских пингвинов, которые плавают в холодных водах Антарктиды и чей мех не замерзает даже при температуре поверхности.значительно ниже точки замерзания.
«Сначала мы исследовали свойства листьев лотоса, которые очень хорошо справляются с обезвоживанием, но оказались менее эффективными при обезвоживании», — сказала доцент Энн Китциг, которая искала решение почти десять лет.
«Только когда мы начали изучать массу перьев пингвинов, мы обнаружили природный материал, который может удалять как воду, так и лед».
Микроскопическая структура пера пингвина (на фото выше) состоит из зазубрин и веточек, которые отходят от центрального стержня пера с «крючками», которые соединяют отдельные волоски пера вместе, образуя коврик.
В правой части изображения изображен фрагментнержавеющийткань из стальной проволоки, которую исследователи украсили нанобороздками, имитирующими структурную иерархию перьев пингвина.
«Мы обнаружили, что слоистое расположение самих перьев обеспечивает водопроницаемость, а их зубчатые поверхности уменьшают прилипание льда», — рассказал Майкл Вуд, один из соавторов исследования.«Мы смогли воспроизвести эти комбинированные эффекты с помощью лазерной обработки плетеной проволочной сетки».
Китциг объясняет: «Это может показаться нелогичным, но ключом к защите от обледенения являются все поры в сетке, которые впитывают воду в условиях замерзания.Вода в этих порах со временем замерзает и, расширяясь, создает трещины, как и вы.Мы видим это в формочках для кубиков льда в холодильниках.Нам нужно очень мало усилий, чтобы разморозить нашу сетку, потому что трещины в каждом отверстии легко извиваются по поверхности этой плетеной проволоки».
Исследователи провели испытания в аэродинамической трубе на трафаретных поверхностях и обнаружили, что такая обработка на 95 процентов эффективнее предотвращает обледенение, чем необработанная полированная поверхность.нержавеющийстальные панели.Поскольку химическая обработка не требуется, новый метод предлагает потенциально не требующее технического обслуживания решение проблемы обледенения ветряных турбин, опор и линий электропередачи, а также дронов.
Китциг добавил: «Учитывая объем регулирования пассажирской авиации и связанные с этим риски, маловероятно, что крыло самолета будет просто обернуто металлической сеткой».
«Однако когда-нибудь поверхность крыла самолета может содержать текстуру, которую мы изучаем, и борьба с обледенением будет происходить за счет сочетания традиционных методов борьбы с обледенением поверхности крыла, работающих в тандеме с текстурами поверхности, вдохновленными крыльями пингвинов».
© 2023 Инженерно-технологический институт.Колледж инженерии и технологий зарегистрирован как благотворительная организация в Англии и Уэльсе (номер 211014) и Шотландии (номер SC038698).