Les ingénieurs se sont souvent inspirés de la nature pour réaliser divers objectifs, comme la force des toiles d’araignées ou les couleurs irisées des ailes de papillons. Lors d’une découverte récente, une nanostructure naturelle hydrofuge (repoussant l’eau) a été trouvée dans des insectes.
Une équipe de la Penn State University a publié son étude dans la revue Science Advances. Ils décrivent l’importance de trouver des composés hydrofuges naturels qui peuvent potentiellement être utilisés comme revêtements pour des objets tels que les masques faciaux et autres équipements de protection personnelle.
Une nanostructure hydrofuge naturelle se trouve sur les insectes
L’ingénieur Shu Yan, qui a fait partie d’anciennes équipes de biologistes et d’ingénieurs mais qui n’a pas encore participé à l’étude actuelle, avait déjà parlé d’être inspiré par la nature. « Si nous pouvons comprendre pourquoi ils se comportent ainsi, nous pouvons concevoir une structure ou une chimie pour qu’elle ait une fonctionnalité similaire sans avoir à prendre des centaines de millions d’années pour les fabriquer, ou à prendre des mesures laborieuses pour fabriquer les mêmes structures très sophistiquées que la biologie ».
Lin Wang, qui termine son doctorat au département de science et d’ingénierie des matériaux, a déclaré : « Au cours des dernières décennies, les surfaces hydrofuges conçues de manière conventionnelle ont généralement été basées sur des plantes, comme les feuilles de lotus. Les anciennes techniques d’ingénierie ont imité les plantes pour créer des surfaces superhydrophobes ou résistantes à l’eau. »
Nanostructures
Les nanostructures de microfibres seraient fabriquées en fines couches comme revêtement protecteur. Ces structures ont une faible densité et une faible texture de fraction solide.
« Le raisonnement est le suivant : si la gouttelette ou l’objet flotte au-dessus de cet air, elle ne restera pas collée à la surface », a déclaré le professeur Tak-Sing Wong, qui enseigne le génie mécanique et biomédical et dirige le laboratoire Wong d’ingénierie inspirée par la nature.
Au lieu de regarder les plantes, ils ont examiné des insectes tels que l’œil d’un moustique et les ailes d’une cigale, un insecte similaire aux cicadelles.
À l’aide de microscopes électroniques à haute résolution, ils ont trouvé des poils nanoscopiques sur la surface de ces parties du corps de l’insecte qu’ils ont appelé des textures à haute fraction solide. En analysant ces minuscules poils, ils ont découvert que leur structure était similaire à celle des poils hydrofuges des plantes.
Si une forte densité de nanostructures constituait le revêtement d’une surface, a déclaré Lin Wang, « il pourrait être possible de maintenir la stabilité de la couche d’air grâce à des forces d’impact plus élevées ».
Les nanostructures étaient également très denses, protégeant les insectes des liquides se déplaçant à grande vitesse comme la pluie. Ce que l’équipe venait de découvrir était un trait naturel de plusieurs insectes depuis longtemps.
« Pour ces surfaces d’insectes, repousser les gouttelettes d’eau est une question de vie ou de mort. La force d’impact des gouttes de pluie est suffisante pour les transporter jusqu’au sol et les tuer », a déclaré Wang. Il est donc très important qu’elles restent au sec, et nous avons trouvé comment.
Revêtement hydrofuge
Ensuite, les chercheurs espèrent développer un nouveau type de revêtement hydrofuge inspiré de la nanostructure naturelle. Comme le revêtement peut résister à des gouttelettes de liquide se déplaçant à des impacts rapides et importants, les possibilités sont infinies.
Plus que de simples équipements de protection comme les masques faciaux, l’équipe a déclaré que le revêtement peut être bio-ingénié pour des choses telles que les petits véhicules robotisés. Le revêtement peut également être développé pour les drones et même les avions.
Par exemple, comme l’a indiqué Wong, le revêtement peut être utilisé pour les écrans faciaux afin de protéger les personnes contre les gouttelettes à grande vitesse d’un éternuement. Avec un revêtement traditionnel, les gouttelettes collent aux surfaces des EPI.
Bien que nous n’ayons pas imaginé cette application au début de ce projet, COVID-19 nous a fait réfléchir à la façon dont nous pouvons utiliser ce principe de conception pour en faire bénéficier plus de gens », a déclaré Tak-Sing Wong. C’est à nous, en tant qu’ingénieurs, de prendre ces découvertes et de les appliquer de manière significative ».
