¿Y si pudiéramos convertir el agua en un paisaje? Físicos de la Universidad de Lieja, en Bélgica, en colaboración la Universidad Brown (EE.UU.), lo han logrado. A partir de espinas milimétricas impresas en 3D, consiguieron manipular la superficie del agua para crear “paisajes líquidos” programables. Pero eso no es todo. Los paisajes marcan el camino para que partículas puedan viajar a través de ellos. Este descubrimiento abre nuevas posibilidades en microfluídica, transporte y clasificación microscópica, e incluso en el control de la contaminación marina.
Para comprender este avance, antes es importante dejar claros dos conceptos clave. La tensión superficial y los meniscos. La primera la podríamos definir como la capa protectora del agua. Es esa propiedad del agua que le permite resistir a fuerzas externas. Poniendo un ejemplo, la tensión superficial es la responsable de que algunos objetos livianos o incluso insectos, como los mosquitos, puedan flotar en la superficie del agua sin sumergirse. Por otro lado, en física, los meniscos son unas curvaturas casi invisibles, que se crean en la superficie de un líquido como consecuencia de la forma de su recipiente y la capilaridad de ese líquido. Tomando el ejemplo de los científicos, es la pequeña curvatura que se forma en un extremo de la superficie cuando tratamos de inclinar el agua en un vaso. Habiendo comprendido esto, veamos cuál es la novedad y cómo intervino la impresión 3D.
Paisajes creados en la superficie del agua con espinas impresas en 3D que simulan meniscos
El equipo GRASP (Group of Research and Applications in Statistical Physics) de la Universidad de Lieja se cuestionó cómo sería crear meniscos con los que se pudieran formar paisajes líquidos en una superficie. Para ello, acudieron a la herramienta que cada vez está más presente en los laboratorios: la impresión 3D. Utilizando una impresora PolyJet de Stratasys imprimieron estructuras celosías compuestas por espinas milimétricas con punta redondeada y “lo suficientemente juntas como para deformar la superficie del agua a gran escala”, sin romper su tensión superficial.
Cuando cada de esas estructuras se colocaron en una placa de petri individual y luego se les añadió agua hasta que esta cubriera las espinas para crear un menisco a su alrededor. «Siguiendo esta lógica, esto significa que si las alineamos bien y están lo suficientemente juntas, deberíamos ver aparecer una especie de menisco gigante, resultado de la superposición y suma de cada menisco individual», explica la física Megan Delens.
Mediante este experimento el equipo descubrió que, si modifican la altura y la distancia entre las espinas, la superficie del líquido deja de ser plana. A partir de este hallazgo diseñaron varios “terrenos de prueba” para deformar la superficie del agua. Modificando cada espina pudieron crear paisajes líquidos como semiesferas, planos inclinados e incluso el Atomiun de Bruselas.
¿Y para qué sirve formar figuritas en la superficie del agua? «Este método también ofrece una nueva forma de mover y clasificar objetos flotantes como canicas, gotas o partículas de plástico. Cuando la superficie del líquido se inclina, los objetos más ligeros ascienden gracias al empuje de Arquímedes, y los más densos descienden bajo la acción de su propio peso, como si estuvieran deslizándose por una colina de agua», explica el profesor Nicolas Vandewalle, físico y director del laboratorio. Por lo tanto, los científicos proponen aplicaciones como la micromanipulación, clasificación de partículas o incluso limpieza de aceite en la superficie del agua. Si te interesa conocer más sobre el tema, puedes consultar la publicación científica AQUÍ.
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*Créditos de todas las fotos: Université de Liège / M.Delens