Lớp “giáp” trên đôi cánh bảo vệ côn trùng khi trời mưa như thế nào

Một nghiên cứu mới cho thấy các cấu trúc vi mô ở thực vật và cánh của các loài côn trùng – ví dụ như loài bướm – đã phá vỡ các hạt mưa một cách hiệu quả.

Cụ thể, cấu trúc này làm giảm thời gian tiếp xúc giữa bề mặt cánh của côn trùng hoặc lá cây với nước mưa.

Để điều tra xem các bề mặt cánh khác nhau tương tác như thế nào với những hạt mưa rơi xuống, các nhà nghiên cứu ở Đại học Cornell đã sử dụng một máy ảnh tốc độ cao có thể chụp từ 5.000 đến 20.000 khung hình mỗi giây, để xem cách những giọt nước phản ứng với cánh bướm, ngài, chuồn chuồn, lông vũ của chim ó biển, và lá cây katsura.

Tác giả chính của nghiên cứu, ông Sunghwan Jung cho biết: “bị các hạt mưa bắn trúng là sự kiện nguy hiểm nhất đối với loại động vật nhỏ này”, ông lưu ý rằng trọng lượng tương đối của một hạt mưa đập vào cánh bướm cũng tương tự như khi một quả bóng bowling rơi từ trên trời xuống đầu một ai đó.

Quan sát của nhóm nghiên cứu cho thấy rằng, khi một giọt mưa va chạm với một chiếc lá hoặc một cánh bướm, nó sẽ gặp phải những khối u hoặc gai siêu nhỏ tạo ra những con sóng xuyên qua “cơ thể” tí hon bằng nước của mình. Những con sóng này va chạm với nhau, làm giọt nước bị co rúm ró lại khiến cho nó có độ dày khác nhau ở những chỗ khác nhau.

Sau đó, các khối u và gai nhọn “xé toạc” giọt nước ra bằng cách chọc xuyên qua giọt nước và khiến nó vỡ tan thành từng phần. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các bề mặt nhân tạo để kiểm tra xem liệu họ có thể tái tạo lại sự tương tác bề mặt đó bằng cách khéo léo bắt chước những cái gai trên bề mặt hay không.

Bằng cách tạo ra một lớp sáp có cấu trúc nano trên bề mặt tổng hợp, các nhà nghiên cứu có thể đẩy giọt nước ra, khi kết hợp với bề mặt có gai sẽ phá vỡ giọt nước, đồng nghĩa với việc họ có thể giảm thời gian tiếp xúc giữa cánh tổng hợp hoặc cánh bướm tới 70%.

Việc giảm thời gian tiếp xúc như thế này sẽ làm giảm lượng nhiệt truyền khi bay và không làm mất đi động lượng của chúng. Sự thích nghi này sẽ rất thuận lợi đối với những con chim không muốn bị mất nhiệt trong khi bay, hoặc với những con côn trùng cần duy trì khả năng cơ động giữa không trung để thoát khỏi kẻ săn mồi.

Nhóm nghiên cứu hy vọng, tương lai có thể sử dụng cấu trúc hai tầng này để chế tạo các bề mặt nhân tạo dùng trong thiết kế và đổi mới sản phẩm. Đây không phải là lần đầu tiên các đặc tính của thực vật và động vật được sử dụng để tạo ra các loại vật liệu tốt hơn, chẳng hạn như những chiếc lá sen không thấm nước đã được dùng để tạo ra vật liệu nano siêu chống nước, vật liệu này có thể hoạt động như một phương pháp xử lý không độc hại để làm các loại quần áo chống thấm.