นักวิจัยได้พัฒนาวิธีแก้ปัญหาที่ปราศจากสารเคมีโดยได้รับแรงบันดาลใจจากขนปีกนกเพนกวิน เพื่อแก้ปัญหาน้ำแข็งเกาะบนสายไฟ กังหันลม และแม้แต่ปีกเครื่องบิน
การสะสมของน้ำแข็งอาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อโครงสร้างพื้นฐาน และในบางกรณี ก็ทำให้เกิดไฟฟ้าดับได้
ไม่ว่าจะเป็นกังหันลม เสาไฟฟ้า โดรน หรือปีกเครื่องบิน การแก้ปัญหามักขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้แรงงานเข้มข้น มีค่าใช้จ่ายสูงและใช้พลังงานมาก ตลอดจนสารเคมีต่างๆ
ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมคกิลล์ในแคนาดา เชื่อว่าพวกเขาได้ค้นพบวิธีการใหม่ที่มีแนวโน้มในการแก้ปัญหา หลังจากศึกษาปีกของเพนกวินเจนทู ซึ่งแหวกว่ายในน่านน้ำเย็นจัดของทวีปแอนตาร์กติกา และขนของพวกมันไม่แข็งตัวแม้ที่อุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่าจุดเยือกแข็งมาก
“เราตรวจสอบคุณสมบัติของใบบัวเป็นอันดับแรก ซึ่งช่วยทำให้แห้งได้ดีมาก แต่พบว่ามีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการทำให้แห้ง” รองศาสตราจารย์ แอน คิตซิก ผู้ซึ่งมองหาวิธีแก้ปัญหามาเกือบทศวรรษกล่าว
“จนกระทั่งเราเริ่มศึกษามวลของขนนกเพนกวิน เราจึงค้นพบวัสดุธรรมชาติที่สามารถกำจัดทั้งน้ำและน้ำแข็งได้”
โครงสร้างระดับจุลภาคของขนของนกเพนกวิน (ตามภาพด้านบน) ประกอบด้วยหนามและกิ่งไม้ที่แตกแขนงออกจากก้านขนนกตรงกลางโดยมี "ตะขอ" ที่เชื่อมขนแต่ละเส้นเข้าด้วยกันจนกลายเป็นพรม
ด้านขวาของภาพแสดงชิ้นส่วนของสแตนเลสผ้าลวดเหล็กที่นักวิจัยได้ประดับด้วย nanogrooves ที่เลียนแบบลำดับชั้นโครงสร้างของขนนกเพนกวิน
“เราพบว่าการเรียงตัวของขนเป็นชั้นช่วยให้น้ำซึมผ่านได้ และพื้นผิวหยักของขนก็ลดการเกาะตัวของน้ำแข็ง” ไมเคิล วูด หนึ่งในผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว“เราสามารถจำลองเอฟเฟกต์ที่รวมกันเหล่านี้ด้วยการประมวลผลด้วยเลเซอร์ของตาข่ายลวดทอ”
Kitzig อธิบายว่า "มันอาจดูขัดกับสัญชาตญาณ แต่กุญแจสำคัญในการต่อต้านการเกิดน้ำแข็งคือรูพรุนทั้งหมดในตาข่ายที่ดูดซับน้ำภายใต้สภาวะเยือกแข็งในที่สุดน้ำในรูขุมขนก็จะแข็งตัว และเมื่อมันขยายออก ก็ทำให้เกิดรอยแตกเช่นเดียวกับคุณเราเห็นมันอยู่ในถาดน้ำแข็งในตู้เย็นเราต้องใช้ความพยายามเพียงเล็กน้อยในการละลายน้ำแข็งของตาข่ายของเรา เนื่องจากรอยแตกในแต่ละรูจะคดเคี้ยวไปบนพื้นผิวของสายถักเหล่านี้ได้ง่าย”
นักวิจัยได้ทำการทดสอบอุโมงค์ลมบนพื้นผิวที่มีลายฉลุ และพบว่าการรักษาดังกล่าวมีประสิทธิภาพในการป้องกันน้ำแข็งเกาะมากกว่าการขัดเงาที่ไม่ผ่านการบำบัดถึง 95 เปอร์เซ็นต์สแตนเลสแผงเหล็กเนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้สารเคมี วิธีการใหม่นี้จึงเป็นวิธีแก้ปัญหาที่อาจไม่ต้องบำรุงรักษาสำหรับปัญหาการสะสมของน้ำแข็งบนกังหันลม เสาไฟฟ้า สายไฟ และโดรน
Kitzig กล่าวเสริมว่า “เมื่อพิจารณาจากขอบเขตของกฎระเบียบการบินผู้โดยสารและความเสี่ยงที่เกี่ยวข้อง ปีกเครื่องบินไม่น่าจะถูกพันด้วยตาข่ายโลหะ”
“อย่างไรก็ตาม สักวันหนึ่งพื้นผิวของปีกเครื่องบินอาจมีพื้นผิวแบบที่เรากำลังศึกษาอยู่ และการ deicing จะเกิดขึ้นผ่านการผสมผสานวิธีการ deicing แบบดั้งเดิมบนพื้นผิวปีก โดยทำงานควบคู่กับพื้นผิวที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปีกนกเพนกวิน”
© 2023 สถาบันวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี.วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีได้รับการจดทะเบียนเป็นองค์กรการกุศลในอังกฤษและเวลส์ (หมายเลข 211014) และสกอตแลนด์ (หมายเลข SC038698)