Inspirerade av pingvinvingar har forskare utvecklat en kemikaliefri lösning på problemet med isbildning på kraftledningar, vindkraftverk och till och med flygplansvingar.
Isansamling kan orsaka enorma skador på infrastrukturen och i vissa fall orsaka strömavbrott.
Oavsett om det är vindkraftverk, elektriska torn, drönare eller flygplansvingar, beror lösningar på problem ofta på arbetskrävande, kostsamma och energikrävande tekniker, samt olika kemikalier.
Ett team av forskare från Kanadas McGill University tror att de har hittat ett lovande nytt sätt att lösa problemet efter att ha studerat vingarna på gentoopingviner, som simmar i Antarktis iskalla vatten och vars päls inte fryser ens vid yttemperaturer.långt under fryspunkten.
"Vi undersökte först egenskaperna hos lotusblad, som är mycket bra på att torka ut, men som visade sig vara mindre effektiva vid uttorkning", säger docent Ann Kitzig, som har letat efter en lösning i nästan ett decennium.
"Det var inte förrän vi började studera massan av pingvinfjädrar som vi upptäckte ett naturligt material som kunde ta bort både vatten och is."
Den mikroskopiska strukturen hos en pingvins fjäder (bilden ovan) består av hullingar och kvistar som förgrenar sig från ett centralt fjäderskaft med "krokar" som förbinder enskilda fjäderhår tillsammans för att bilda en matta.
Den högra sidan av bilden visar en bit av rostfritt ståltrådtyg som forskarna har utsmyckat med nanogrooves som efterliknar den strukturella hierarkin av pingvinfjädrar.
"Vi fann att det skiktade arrangemanget av själva fjädrarna ger vattengenomsläpplighet, och deras tandade ytor minskar isvidhäftningen", säger Michael Wood, en av medförfattarna till studien."Vi kunde replikera dessa kombinerade effekter med laserbearbetning av vävt trådnät."
Kitzig förklarar: "Det kan verka kontraintuitivt, men nyckeln till anti-isning är alla porer imaskasom absorberar vatten under frysförhållanden.Vattnet i dessa porer fryser så småningom, och när det expanderar skapar det sprickor, precis som du.Vi ser det i isbitsbrickor i kylskåp.Vi behöver väldigt lite ansträngning för att avisa vårt nät eftersom sprickorna i varje hål slingrar sig lätt över ytan på dessa flätade trådar.”
Forskarna genomförde vindtunneltester på stencilerade ytor och fann att behandlingen var 95 procent effektivare för att förhindra isbildning än obehandlade polerade rostfria paneler.Eftersom ingen kemisk behandling krävs, erbjuder den nya metoden en potentiellt underhållsfri lösning på problemet med isbildning på vindkraftverk, kraftstolpar och kraftledningar och drönare.
Kitzig tillade: "Med tanke på omfattningen av reglering av passagerarflyg och riskerna är det osannolikt att en flygplansvinge helt enkelt skulle vara inlindad i metallmaska.”
"Men en dag kan ytan på en flygplansving innehålla den textur som vi studerar, och avisning kommer att ske genom en kombination av traditionella avisningsmetoder på vingytan, som arbetar i tandem med ytstrukturer inspirerade av pingvinvingar."
© 2023 Institutet för teknik och teknik.College of Engineering and Technology är registrerat som en välgörenhetsorganisation i England och Wales (nummer 211014) och Skottland (nummer SC038698).