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Immersioni a secco
Quando gli uccelli in immersione riaffiorano, l'acqua scivola via dalle loro piume come, beh, l'acqua dalla schiena di un'anatra. Quel classico esempio di efficiente eliminazione dell'acqua è reso possibile sia dalla chimica - l'olio per lisciare gli uccelli - sia dalla microstruttura delle piume.
Le penne delle ali di un dardo africano immerso nell'acqua (tinte di blu) respingono l'acqua, la cui superficie è curva verso il basso. Ma le piume sono bagnate da un olio (tinto di rosso), la cui superficie si curva. Guarda un video .
Nuova ricerca, pubblicata nel Giornale dell'interfaccia della Royal Society , rivela come gli uccelli subacquei possano raggiungere una profondità di circa 30 metri senza che l'acqua inumidisca permanentemente le loro piume protettive.
Attraverso test di laboratorio e modellazione, i ricercatori del MIT e del Natural History Museum di Londra hanno separato gli effetti chimici e strutturali per mostrare perché la combinazione di rivestimento superficiale e forma è così efficace. Hanno rivestito le piume di sei tipi di uccelli subacquei con uno strato che ha neutralizzato l'effetto dell'olio di lisciatura e poi le hanno ricoperte con materiale idrofobo, impedendo alle variazioni nella composizione dell'olio di influenzare i risultati.
Era noto che durante le immersioni le piume intrappolano un sottile strato isolante d'aria chiamato plastron, quindi l'acqua non entra mai in contatto diretto con la pelle. Il nuovo lavoro mostra che oltre una profondità di pochi metri quel piastrone collassa, lasciando che l'acqua penetri nelle strutture delle piume. La dipendenza dalla profondità di questo fenomeno non era nota in precedenza. È una transizione brusca, afferma il professore di ingegneria chimica Robert Cohen.
Ma una volta che lo strato d'aria protettivo crolla, l'olio di preen impedisce all'acqua di penetrare nelle punte e nelle barbule delle piume. Di conseguenza, quando gli uccelli emergono dall'acqua, se una piuma si bagna, non è necessario che si asciughi, nel senso tradizionale dell'evaporazione, dice Cohen. Può asciugarsi espellendo direttamente l'acqua dalla sua struttura poiché la pressione si riduce quando risale dall'immersione. Il team si riferisce a questo come dewetting spontaneo.
Ma questo processo funziona solo con l'acqua. Se una piuma è immersa nell'olio, come potrebbe essere dopo una fuoriuscita di petrolio, le piume sono completamente bagnate, spiega il professore di ingegneria meccanica Gareth McKinley: La termodinamica mostra che se [le piume] vengono bagnate dall'olio, rimarranno bagnate , irreversibilmente, a meno che non li pulisca a vapore o qualcosa del genere.
Gli uccelli subacquei si sono appena adattati, in parte grazie alla microstruttura delle loro piume, per raggiungere la loro massima profondità di immersione senza subire effetti permanenti, afferma il membro del team Andrew Parker del Museo di storia naturale, che ha fornito piume per la ricerca. È uno degli esempi più sorprendenti di evoluzione e adattamento, senza traccia di ingegneria eccessiva.