L'ingegnere che ha posto fine alla battaglia delle bottiglie di ketchup

KEN RICHARDSON

È iniziato con una bottiglia di miele.

Kripa Varanasi e sua moglie, Manasa, erano a casa e lei stava cercando di fare uno spuntino per il loro figlioletto. Stava lottando per estrarre un po' di miele, frustrata da quanto fosse difficile ottenere gli ultimi frammenti di dolcezza appiccicosa dal fondo del contenitore. Infine, si rivolse a suo marito. Lavori su cose scivolose, ha detto. Perché non riesci a fare una bottiglia scivolosa?

Varanasi, professore associato di ingegneria meccanica, dice di aver capito subito che era proprio l'idea che stava cercando: ero tipo, è geniale!

I due stavano discutendo i dettagli di una nuova azienda che lui e uno dei suoi studenti, David Smith, avevano appena lanciato per commercializzare un'invenzione che avevano sviluppato come parte del lavoro di tesi di dottorato di Smith. Dopo aver trovato un modo per creare superfici molto scivolose, avevano cercato un'applicazione nel mondo reale. Ma le idee a cui erano venute in mente non erano state tagliate, fino a quando Manasa non ha colpito il barattolo di miele.

Cinque anni dopo, quella società, chiamata LiquiGlide, ha appena chiuso il suo secondo round di capitale di rischio, per un totale di oltre 24 milioni di dollari di finanziamenti. E già LiquiGlide ha stipulato contratti con più di 70 aziende per immettere sul mercato varie versioni dei suoi rivestimenti scivolosi, alcuni dei quali per uso alimentare, tramite bottiglie di ketchup e colla, vasetti per cosmetici, barattoli di vernice, tini di miscelazione per prodotti chimici per l'agricoltura e altro ancora .

Ultimamente è stata una bella corsa per Varanasi. Ha anche fondato una seconda azienda, il cui lavoro con grandi partner industriali è pronto a intaccare le emissioni di carbonio nel mondo. Un video che descrive l'invenzione alla base di LiquiGlide, che mostra il ketchup che scivola senza sforzo dalla sua bottiglia, è stato visto oltre due terzi di un milione di volte su YouTube. Nell'arco di una settimana recente, è apparso su BBC, CNN, NBC e altri punti vendita a livello nazionale e internazionale. E lui e sua moglie hanno avuto il loro secondo figlio a novembre, appena un anno dopo aver ottenuto la cattedra come professore del MIT.

Ken Richardson

Ma il concetto alla base di quella sfuggente invenzione iniziale, che ha portato a quell'Aha! momento, erano passati anni di lavoro.

Fin da bambino, cresciuto a Hyderabad, nel sud dell'India, Varanasi è stato appassionato di armeggiare, inventare e capire come funzionano le cose. Figlio di una madre insegnante di fisica e padre di un ingegnere elettrico, e nipote di due insegnanti, non gli mancavano mentori e tutor mentre costruiva circuiti elettronici da kit, divorava libri di matematica e creava progetti per concorsi scientifici. Ha guadagnato un posto ambito in una delle scuole di ingegneria d'élite del paese, l'IIT Madras, e da lì è andato al MIT, ottenendo il dottorato di ricerca in ingegneria meccanica nel 2004. Dopo un periodo di quasi cinque anni presso GE, è tornato al MIT nel 2009 iscriversi alla facoltà di ingegneria meccanica. Ed è qui che sono iniziate davvero le intuizioni sulle superfici scivolose.

Volevo avere un laboratorio che migliorasse l'efficienza in un'intera gamma di settori, afferma Varanasi. E aveva la sensazione che concentrarsi sulle interfacce si sarebbe rivelato utile. Mentre lavorava su problemi del mondo reale in una varietà di settori, iniziò effettivamente a notare un filo conduttore: le inefficienze spesso derivavano dal modo in cui i materiali si comportano alle interfacce, i punti in cui una superficie solida entra in contatto con liquidi, gas o altri solidi . Ad esempio, sulle ali degli aeroplani, il vapore acqueo si trasforma in ghiaccio, aggiungendo peso e riducendo la portanza. Sui condensatori di una centrale elettrica, il vapore caldo incontra le superfici fredde per convertirsi, in modo non molto efficiente, in liquido che può poi tornare in caldaia per essere rivaporizzato. Negli oleodotti, il flusso di petrolio e gas può essere rallentato o addirittura bloccato da idrati di metano congelati che si attaccano alle pareti dei tubi.

Varanasi ha scoperto che piccole modifiche a quelle interfacce potrebbero avere grandi risultati. Per prevenire condutture intasate e ali ghiacciate degli aeroplani, aveva bisogno di un modo per impedire all'acqua o ad altri fluidi di attaccarsi alle superfici. Quindi lui ei suoi studenti hanno iniziato esaminando esattamente cosa stava succedendo in queste situazioni a livello atomico e molecolare. Hanno eseguito modelli basati sulle leggi fondamentali della fisica e poi hanno studiato il processo di bagnatura in dettaglio microscopico in laboratorio.

Impedire all'acqua di attaccarsi alle superfici implica una proprietà chiamata idrofobicità (letteralmente, paura dell'acqua) o, nella sua forma più estrema, superidrofobicità. Molti laboratori in tutto il mondo lavorano allo sviluppo di superfici superidrofobiche, ma Varanasi e il suo team hanno spinto questa proprietà in nuove direzioni. Hanno realizzato superfici che eliminano molti tipi di fluidi e altri che rimangono altamente durevoli, anche in ambienti difficili come le centrali elettriche piene di vapore caldo.

Le informazioni che hanno lanciato LiquiGlide sono arrivate gradualmente. Varanasi ha deciso di trovare un modo per creare una superficie perennemente scivolosa che potesse essere utilizzata con una varietà di fluidi. Paragona il problema alla cottura di una frittella su una piastra: per evitare che si attacchi, ricopri la padella con uno strato di olio, ma l'olio deve essere reintegrato man mano che aggiungi altra pastella. E se ci fosse un modo per far rimanere l'olio nella padella?

È qui che entra in gioco la fisica di base. Varanasi e Smith si sono resi conto che creando una superficie con una struttura su microscala o nanoscala sufficientemente fine, potevano sfruttare le forze capillari, la stessa cosa che consente all'acqua di salire all'interno dei minuscoli passaggi interni di un albero, per trattenere un lubrificante saldamente in posizione. E sicuramente, dopo molti esperimenti con diversi tipi di texture e lubrificanti, hanno trovato combinazioni che hanno ottenuto proprio questo: potevano modellare la superficie rigando o incidendo (o, successivamente, spruzzando un rivestimento speciale), e poi uno strato di olio o altro lubrificante applicato su quella superficie sarebbe ancorato saldamente in posizione nelle sue minuscole fessure. Ha funzionato e i rivestimenti si sono rivelati straordinariamente resistenti.

Quando hanno brevettato il processo, l'obiettivo iniziale sarebbe stato quello dei rivestimenti per i condensatori nelle centrali elettriche a vapore. Hanno capito che facendo in modo che quei condensatori espellessero le goccioline d'acqua più rapidamente mentre si formavano, avrebbero potuto migliorare l'efficienza complessiva dell'impianto. Anche un piccolo miglioramento potrebbe ridurre significativamente le emissioni globali di carbonio.

Una demo che mostra il drenaggio della vernice da un barattolo di vernice non rivestito standard (a sinistra) e da un barattolo con rivestimento LiquiGlide (a destra) suggerisce la quantità di spreco di prodotto che potrebbe essere eliminata in grandi serbatoi di vernice.

Ma si è rivelata una dura battaglia per trovare clienti disposti a pagare per un'installazione su larga scala che non era stata dimostrata operativamente. Così hanno iniziato a pensare ai prodotti di consumo. Cosa potevano fare con questo processo che non richiedeva un uso intensivo di capitale e poteva essere venduto direttamente?

Fu allora che arrivò il suggerimento di Manasa. I campioni che stavano testando in laboratorio erano superfici piatte e non avevano davvero pensato molto al rivestimento di superfici curve complesse, ma con un po' più di lavoro hanno scoperto che il loro processo poteva davvero funzionare bene per i contenitori. Smith ha preparato una serie di dimostrazioni, utilizzando contenitori rivestiti non tossici per maionese, miele, ketchup e dentifricio. Ha realizzato brevi video che dimostravano i risultati e uno di questi è diventato rapidamente virale.

Il dentifricio in un contenitore trattato (a destra) scivola facilmente sul fondo della bottiglia.

La bottiglia di ketchup, un recipiente che notoriamente conserva il suo contenuto nonostante il battito, l'agitazione e la persuasione, è stata ciò che ha davvero attirato l'attenzione della gente. E con quell'approccio orientato al consumatore, l'azienda si è ramificata.

Ora, LiquiGlide testa e ottimizza le versioni personalizzate dei suoi rivestimenti per funzionare con un'ampia varietà di liquidi densi e viscosi. Questo potrebbe essere utile, ad esempio, per i produttori di vernici, che perdono fino al 30% dei loro cicli di produzione quando la vernice si attacca ai serbatoi di miscelazione e deve essere lavata via con una grande quantità di acqua che viene contaminata durante il processo.

Nel solo settore delle vernici, si stima che perdano circa 200 milioni di tonnellate di prodotto e producono milioni di galloni di acque reflue, quindi tutto ciò equivale a un sacco di dollari sprecati, afferma Varanasi.

E questa è solo una delle sue startup basate sull'invenzione. Tre anni fa, lui e il rettore associato del MIT Karen Gleason hanno formato un'altra società, chiamata DropWise, che sta sfruttando una superficie superidrofobica altamente durevole destinata ai condensatori nelle centrali elettriche a vapore e in ambienti difficili come le operazioni di perforazione di petrolio e gas. L'ennesima azienda è alle sue prime fasi, ha solo pochi mesi ed è ancora in modalità stealth. Penso davvero alla scienza come a un modo per abilitare il design. E penso che questo sia ciò che ha reso possibile tutto questo, dice Varanasi. Ma potrebbe non essere accaduto se non fosse stato per quel fastidioso barattolo di miele.

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