Ricerca, scolpire la superficie dell’acqua utilizzando la stampa in 3D

I fisici dell’Università di Liegi sono riusciti a scolpire la superficie dell’acqua sfruttando la tensione superficiale. Utilizzando la stampa 3D di spine ravvicinate, hanno combinato i menischi per creare rilievi liquidi programmati, in grado di guidare le particelle sotto l’azione della sola gravità. Si tratta di un promettente progresso per il trasporto e la selezione microscopica, nonche’ per il controllo dell’inquinamento marino.

Inclinare un liquido in un bicchiere e’ assolutamente impossibile: se viene inclinato il bicchiere, infatti, la superficie del liquido tornera’ automaticamente orizzontale fatta eccezione per una piccola curvatura, appena visibile, che si forma vicino al bordo del bicchiere. Questa curvatura si chiama menisco, ed e’ dovuto alla capillarita’, una forza che agisce su scala millimetrica e risultante dalla tensione superficiale del liquido. Cosa succederebbe se potessimo creare tanti piccoli menischi su una grande superficie? E se questi piccoli rilievi potessero sommarsi per formare pendii, valli o persino interi paesaggi liquidi? Questo e’ esattamente cio’ che sono riusciti a fare gli scienziati del laboratorio Grasp dell’Universita’ di Liegi, in collaborazione con la Brown University (Usa). Grazie alla sua esperienza nel campo dei liquidi, e piu’ specificamente delle interfacce liquide, e all’accesso a strumenti di stampa 3D all’avanguardia, il team Grasp ha iniziato a stampare diversi ‘modelli’, diversi campi di gioco, nel tentativo di convalidare la propria teoria: stampare in 3D spine coniche sufficientemente vicine tra loro da deformare la superficie dell’acqua su larga scala.

“Come sappiamo, ogni spina crea un menisco attorno a se'”, spiega la fisica Megan Delens. Seguendo questa logica, cio’ significa che se le allineiamo bene e sono sufficientemente vicine tra loro, dovremmo vedere apparire una sorta di menisco gigante, risultante dalla sovrapposizione e dall’addizione di ogni singolo menisco. Il team ha scoperto che “modificando ogni spina individualmente, la superficie del liquido non rimane piu’ piatta, ma forma una sorta di paesaggio liquido ‘programmato’, perche’ e’ modificando l’altezza o la distanza tra le spine che i ricercatori sono stati in grado di progettare interfacce liquide che seguono ogni sorta di topografia: piani inclinati, emisferi, ma che disegnano anche forme molto piu’ complesse. Ad esempio, sono riusciti a creare l’Atomium di Bruxelles in rilievo liquido. Ma non e’ tutto. Questo metodo offre anche un nuovo modo di spostare e smistare oggetti galleggianti come biglie, goccioline o particelle di plastica – spiega il professor UFF, fisico e direttore del laboratorio – quando la superficie del liquido e’ inclinata, gli oggetti piu’ leggeri salgono grazie alla spinta di Archimede, mentre quelli piu’ densi affondano per effetto del loro stesso peso, come se scivolassero lungo una collina d’acqua”. Questo approccio completamente passivo potrebbe essere utilizzato nella micromanipolazione, nella selezione delle particelle o persino nella pulizia di superfici liquide, ad esempio per catturare microplastiche o goccioline d’olio sulla superficie dell’acqua. La ricerca futura potrebbe esplorare metodi piu’ avanzati per far muovere le piccole punte, ad esempio utilizzando materiali che reagiscono ai campi magnetici o che possono cambiare forma. “L’idea sarebbe quella di poter controllare la forma della superficie del liquido in tempo reale. Questi progressi renderebbero questo metodo ancora piu’ utile per lo sviluppo di nuove tecnologie innovative nella microfluidica”, conclude Megan Delens.