Dans le professeur agrégé Jonathan Boreyko, le laboratoire d'interfaces inspiré de la nature du Nature, Ph.D. L'étudiant Jack Tapocik a regardé un morceau de glace en forme de disque reposant sur une surface métallique d'ingénierie. Alors que la glace fondait, l'eau formait une flaque d'eau en dessous.
Même après de nombreuses secondes de fusion, le disque de glace est resté adhéré à la surface d'ingénierie. Au début, Tapocik a été tenté de conclure que rien ne se passerait, mais il a attendu. Sa patience a payé. Après une minute, la glace à travers la plaque métallique qu'il a conçue, glissant comme si elle était propulsée surnaturelle.
Les résultats sont importants car ils ont une multitude d'applications potentielles. Les méthodes que les membres de l'équipe ont développés ont jeté les bases d'un dégivrage rapide et de nouvelles méthodes de récolte d'énergie. Leur travail a été publié dans MATÉRIAUX ET INTERFACES APS.
En regardant à Death Valley
L'équipe a été inspirée par un phénomène naturel à Racetrack Playa à Death Valley, en Californie. Ce lit de lac sec dans le parc national de Death Valley est accueillant une exposition fantomatique de rochers de la taille des pastèques qui font de longs sentiers dans la terre fissurée, laissée par leur mouvement apparent. Parce que le sol était de niveau et que de nombreux rochers étaient plats, la raison de leur migration est restée un mystère jusqu'à récemment.
Le professeur de l'Université de Harvard, Richard Norris, a découvert pourquoi cela s'est produit en 2014. Plutôt qu'un événement surnaturel, c'était une combinaison de sol dur, de pluie, de glace et de vent. Les précipitations couvraient le sol avec de l'eau, mais la dureté du sol a empêché l'eau d'être absorbée.
Cette eau a gelé lorsque la température a chuté, et comme elle a commencé à fondre, les radeaux de glace résultants ont dérivé dans la brise pour que les rochers « naviguent » à travers l'eau de fonte. Certains des rochers ont été vus voyager ensemble, ce qui a donné naissance au mythe de « Racetrack ».
Alors que Norris a résolu un mystère des rochers, l'équipe de Boreyko cherchait quelque chose de nouveau: ses membres voulaient créer une surface qui propulserait la glace de fondation tout seul, sans aucun vent requis. Ils voulaient exploiter la science des rochers de course.
Construire la piste
Initialement conçues par Boreyko et l'ancien étudiant diplômé Saurabh Nath en 2019, les expériences ont pris trois ans pour terminer deux ans nécessaires pour le modèle.
L'équipe de Boreyko a coupé les rainures asymétriques dans des plaques en aluminium. Ce motif de chevrons, qui ressemble à une série de canaux en forme de pointe de flèche, fait couler la fusion sous-jacente dans une seule direction.
« Ce flux directionnel d'eau de fonte a transporté le disque de glace avec lui », a déclaré Tapocik. « Une bonne analogie est le tube sur une rivière sauf ici, les canaux directionnels provoquent l'écoulement au lieu de la gravité. »
Par curiosité, les membres de l'équipe ont essayé de recouvrir les héros en aluminium avec un spray anti-hydrofuge. Ils s'attendaient simplement à voir une version plus rapide du disque se propulser par l'écoulement, mais étonnamment, le disque a plutôt collé à la surface. C'est ce qui a conduit à la découverte de l'effet Slingshot.
« Sur une surface imperméable, l'excès d'eau de fonte au-dessus des canaux se fait très facilement », a déclaré Boreyko.
« Cela fait que le disque de glace s'en tient aux crêtes de la surface. L'eau de fonte coule toujours le long des canaux, mais la glace ne peut plus rouler. L'astuce amusante ici est que, comme la flambée plate s'écoule au-delà du bord avant de la glace crée une monmassement dans la tension de la surface, ce qui ne trait pas la glace et la fait tirer sur la surface. »
En comparaison, le mouvement des rochers de « course » dans Death Valley est assez lent, et ils ne tirent pas comme des frondes. Il est peu probable que cela devienne une compétition officielle, mais les surfaces de Boreyko gagnent sur le Playa de l'hippodrome pour avoir la glace la plus rapide sur Terre.
Boreyko a déjà imaginé l'une des applications les plus à fort impact: la récolte d'énergie. Dans ce scénario, il ramène l'idée des rochers de course.
« Si la structure de surface était modelée dans un cercle plutôt que sur une ligne droite, l'objet de fusion tournerait continuellement », a-t-il déclaré. « Imaginez maintenant mettre des aimants sur la glace, plutôt que sur des rochers. Ces aimants allaient également tourner, qui pourraient être utilisés pour la production d'électricité. »
