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Trocken tauchen
Wenn Tauchvögel wieder auftauchen, perlt Wasser von ihren Federn ab wie Wasser vom Rücken einer Ente. Dieses klassische Beispiel für effiziente Wasserabscheidung wird sowohl durch die Chemie – das Putzöl der Vögel – als auch durch die Mikrostruktur der Federn ermöglicht.
Flügelfedern eines in Wasser getauchten afrikanischen Schlangenhalsvogels (blau gefärbt) stoßen das Wasser ab, dessen Oberfläche sich nach unten krümmt. Aber die Federn werden von einem Öl (rot gefärbt) benetzt, dessen Oberfläche sich aufwölbt. Schau Video .
Neue Forschung, veröffentlicht in Zeitschrift der Royal Society Interface , zeigt, wie Tauchvögel Tiefen von etwa 30 Metern erreichen können, ohne dass Wasser ihr schützendes Gefieder dauerhaft durchnässt.
Durch Labortests und Modellierung trennten Forscher des MIT und des Londoner Natural History Museum chemische und strukturelle Effekte, um zu zeigen, warum die Kombination aus Oberflächenbeschichtung und Form so effektiv ist. Sie überzogen Federn von sechs Arten von Tauchvögeln mit einer Schicht, die die Wirkung des Putzöls neutralisierte, und überzogen sie dann mit hydrophobem Material, um zu verhindern, dass Schwankungen in der Ölzusammensetzung die Ergebnisse beeinflussen.
Es war bekannt, dass Federn beim Tauchen eine dünne isolierende Luftschicht namens Plastron einschließen, sodass Wasser nie in direkten Kontakt mit der Haut kommt. Die neue Arbeit zeigt, dass Plastron ab einer Tiefe von nur wenigen Metern zusammenbricht und Wasser in die Federstrukturen eindringen lässt. Die Tiefenabhängigkeit dieses Phänomens war bisher nicht bekannt. Es ist ein abrupter Übergang, sagt Chemieingenieur-Professor Robert Cohen.
Aber sobald die schützende Luftschicht zusammenbricht, verhindert das Putzöl, dass das Wasser in die Widerhaken und Widerhaken der Federn eindringt. Wenn die Vögel aus dem Wasser auftauchen und eine Feder nass wird, muss sie folglich nicht im traditionellen Sinne der Verdunstung austrocknen, sagt Cohen. Es kann trocknen, indem es das Wasser direkt aus seiner Struktur ausstößt, wenn der Druck reduziert wird, wenn es von seinem Tauchgang wieder auftaucht. Das Team bezeichnet dies als spontane Entnetzung.
Aber dieser Prozess funktioniert nur mit Wasser. Wenn eine Feder in Öl getaucht wird, wie es nach einer Ölpest sein könnte, werden die Federn vollständig benetzt, erklärt Maschinenbauprofessor Gareth McKinley: Die Thermodynamik zeigt, dass wenn [Federn] von Öl benetzt werden, sie benetzt bleiben , irreversibel, es sei denn, Sie reinigen sie mit Dampf oder so.
Tauchvögel sind, zum Teil durch die Mikrostruktur ihrer Federn, nur gerade daran angepasst, ihre maximale Tauchtiefe zu erreichen, ohne bleibende Schäden zu erleiden, sagt Teammitglied Andrew Parker vom Natural History Museum, das Federn für die Forschung zur Verfügung stellte. Es ist eines der erstaunlichsten Beispiele für Evolution und Anpassung, ohne eine Spur von Overengineering.