Normalmente, si desea que el líquido fluya en una sola dirección a través de una tubería, esa tubería debe estar equipada con una válvula tipo trampilla, que podría fallar. Ahora, sin embargo, los científicos han creado un nuevo tipo de tubería de flujo unidireccional potencialmente más robusta, inspirada en los intestinos de los tiburones.
Mientras que los intestinos de un ser humano son esencialmente un montón de tubos huecos, la porción inferior del tracto intestinal de un tiburón incorpora lo que se conoce como una válvula espiral. Esta es una sección de intestino relativamente corta y recta con una estructura helicoidal (en forma de sacacorchos) en su interior.
A medida que los alimentos licuados se abren paso en espiral a través de esa estructura, su paso a través del tracto digestivo se ralentiza, asegurando que las paredes intestinales de la válvula absorban la máxima cantidad de nutrientes. Los tiburones necesitan esta disposición porque sus intestinos son considerablemente más cortos que los nuestros.
Hace tres años, un equipo de científicos estadounidenses propuso que la válvula espiral también evita el retroceso en el tracto intestinal de los tiburones, ya que los alimentos no pueden regresar a la estructura una vez que están dentro. Es más, los investigadores notaron que esto era posible a pesar de la presencia de algún tipo de válvula que debía cerrarse.
Inspirados por ese estudio, el investigador postdoctoral Ido Levin y sus colegas de la Universidad de Washington se propusieron replicar la funcionalidad unidireccional de la válvula espiral en tuberías rígidas impresas en 3D. Todas las tuberías tenían un canal estrecho y abierto en el medio, que estaba rodeado por una estructura helicoidal que hacía que cualquier líquido que pasara a través de la tubería se arremolinara hacia adelante.
Un lote de tubos rígidos creados para el estudio.
Ido Levin/Universidad de Washington
Los científicos imprimieron varios prototipos de tubos diferentes y experimentaron con parámetros geométricos como el ángulo de paso y el número de vueltas en las hélices. Al final, terminaron con tuberías que promovían el flujo unidireccional de líquido incluso mejor que la válvula Tesla; esta última era un dispositivo de flujo unidireccional inventado por Nikola Tesla, que no tenía partes móviles.
Sin embargo, dado que las válvulas espirales de los tiburones no son rígidas, los científicos procedieron a hacer más prototipos a partir del polímero imprimible en 3D más suave que está disponible comercialmente. Estos demostraron funcionar mucho mejor, superando a la válvula Tesla al menos siete veces. Dicho esto, el tejido intestinal del tiburón es 100 veces más blando que el polímero, por lo que los investigadores afirman que todavía hay margen de mejora.
Las posibles aplicaciones de la tecnología incluyen tuberías o dispositivos médicos de microfluidos.
Sarah L. Keller/Universidad de Washington
“Los químicos ya estaban motivados para desarrollar polímeros que fueran simultáneamente suaves, fuertes e imprimibles”, dijo el profesor Alshakim Nelson, coautor del estudio junto con la profesora Sarah Keller y la investigadora postdoctoral Naroa Sadaba. “El uso potencial de estos polímeros para controlar el flujo en aplicaciones que van desde la ingeniería hasta la medicina fortalece esa motivación”.
Recientemente se publicó un artículo sobre la investigación en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fuente: Universidad de Washington
