Исследователи изучают насекомых – в частности цикад – для понимания принципов создания искусственных поверхностей с противообледенительными, самоочищающимися и противотуманными свойствами.

Разумеется, крылья позволяют цикадам летать, но они также хорошо отражают воду – свойство, которое также может быть очень полезно людям.

«Наша работа с цикадами позволяет нам исследовать поле под названием «биоиндикация», – сказал Ненад Милькович, профессор механики Университета штата Иллинойс, который возглавил новое исследование крыльев цикады.

Исследование, опубликованное в журнале Applied Materials and Interfaces, было посвящено водоотталкивающей способности крыльев цикады. Исследовательская группа инженеров и энтомологов использовала высокоскоростную микроскопическую фотосъемку для изучения способности крыльев цикады отталкивать воду.

«Свойство, которое позволяет поверхности отталкивать воду, называется гидрофобностью, оно заставляет воду скатываться с нее», – сказал Милькович. – «Супергидрофобность – это крайняя форма этого свойства и крылья цикады, обладают этим свойством, имеют шероховатую наноструктуру, которая создает открытые пространства вокруг капелек воды, позволяя поверхностному натяжению заставлять капли спрыгивать с крыльев».

Прошлые исследования крыльев цикады были сосредоточены на одном виде. Тем не менее, природа является переменной, и команда хотела использовать сравнительный подход для изучения этой изменчивости.

«Традиционная идея состояла бы в том, чтобы собирать цикад, которые живут на водно-болотных угодьях, для изучения гидрофобности крыла», – сказала Марианна Аллейн, ученый-энтомолог и соавтор этого исследования. Такие исследования основаны на предположении, что цикады на водно-болотных угодьях имеют наиболее водоотталкивающие крылья.

«Мы хотели проверить эту гипотезу, поэтому мы собрали четыре разных вида: один найден в болотах, один – в лесах, один из луговых земель», – сказал Аллейн.

Крылья MegaTibicen dorsatus, цикады, обитающей в прерии, помогают инженерам разрабатывать водоотталкивающие поверхности. Credit: Photo courtesy Catherine Dana

«Мы ожидали обнаружить, что образцы из более сухих местообитаний не будут иметь супергидрофобности», – сказала Кэтрин Дана, аспирантка энтомологии и соавтор исследования. – «Но были удивлены, обнаружив противоположное, и что среда обитания не связана с чрезвычайной водоотталкивающей способности крыльев цикады».

Оказывается, что другие факторы могут быть лучшими предикторами супергидрофобности, такими как различия в жизненных циклах видов – например, однолетние или многолетние виды – и связанная с ними видовая связь.

«Это исследование является отличным примером силы объединения разных полей для изучения и понимания природных систем», – сказал Дон Кропек, аналитический химик из Центра исследований в области энергетики. – «У нас есть отличная многопрофильная команда из аналитической химии, машиностроения, энтомологии и материаловедения, которая обещает скопировать природные структуры, такие как крылья насекомых, чтобы создать поверхности с улучшенными свойствами».

Капли на крыльях цикад.

Источник: Junho Oh, Catherine E. Dana, Sungmin Hong, Jessica K. Román, Kyoo Dong Jo, Je Won Hong, Jonah Nguyen, Donald M. Cropek, Marianne Alleyne, Nenad Miljkovic. Exploring the Role of Habitat on the Wettability of Cicada Wings. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017; DOI: 10.1021/acsami.7b07060