A21 Contaminación de Superficies Adhesivas

Tópico

Las setas adhesivas del insecto son diminutas estructuras que le permiten adherirse a las superficies, y su desempeño depende por completo de que su punta esté en contacto directo con la superficie: cuando esas setas adhesivas se contaminan con polvo, aceites, esporas u otros contaminantes ambientales, ese contacto se interrumpe y la adhesión que las setas logran generar se reduce drásticamente.

Qué tan tapadas quedan las setas adhesivas por ese contaminante no es un fenómeno de todo o nada, sino que depende de dos factores a la vez: la concentración del contaminante presente en el ambiente y la afinidad que ese contaminante tiene por la superficie de la seta. A mayor concentración y mayor afinidad, mayor es la fracción de setas adhesivas que queda tapada, aunque esa fracción tiende a estabilizarse una vez que la superficie disponible para el contaminante se satura.

Cuando el contaminante que cubre las setas adhesivas es líquido —como un aceite o agua contaminada—, aparece un efecto adicional: se generan fuerzas capilares entre la seta y la superficie, y esas fuerzas capilares pueden aumentar o disminuir la adhesión según qué tan bien moje el líquido a la seta. Si el ángulo con el que el líquido hace contacto con la seta es menor a noventa grados, el líquido termina llenando el espacio entre la seta y el sustrato: eso aumenta la fuerza capilar, pero al mismo tiempo reduce el contacto directo entre la seta y la superficie del que depende la adhesión por fuerzas de van der Waals.

Esta doble influencia del líquido produce un resultado paradójico: una pequeña cantidad de líquido puede llegar a aumentar temporalmente la adhesión de las setas gracias a esa misma fuerza capilar, pero cuando el líquido se acumula en exceso termina encapsulando por completo a las setas adhesivas, y esa encapsulación impide cualquier contacto directo entre la seta y la superficie, anulando la adhesión en vez de reforzarla.

Frente a toda esta contaminación, algunos insectos cuentan con una defensa propia: sus patas están cubiertas de estructuras superhidrofóbicas, el mismo tipo de microestructura que produce el efecto lotus en ciertas hojas, y esas estructuras permiten que el insecto se autolimpie mientras camina. Las partículas de contaminante quedan atrapadas sobre las puntas de esas microestructuras en vez de sobre las setas adhesivas mismas, y se desprenden apenas la pata vuelve a tocar una nueva superficie durante la marcha, con una tasa de limpieza que es directamente proporcional a la velocidad con la que el insecto camina.

Cuanto más rápido camina el insecto, más rápido se limpian sus estructuras superhidrofóbicas de las partículas acumuladas, y esa limpieza progresiva es lo que permite que las setas adhesivas recuperen, marcha tras marcha, la superficie de contacto directo que la contaminación les había quitado —devolviéndoles la adhesión con la que contaban antes de contaminarse.

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