Naturen har arbetat för eoner för att perfekta ytstrukturer som skyddar, gömma sig och på annat sätt hjälpa alla slags varelser att överleva.

Det är det glänsande, ljusspridande konsistens av blå morfofjärilsvingar, de tuffa, dragreducerande konsistens av hajskinn och det klibbiga, ändå vattenavvisande konsistens av rosenblad.

Men hur använder man de naturliga texturerna och egenskaperna i den konstruerade världen? Kan det vattenavvisande, ultrahydrofobisk konsistens av en lotusväxt på något sätt appliceras på en flygplansvinge som en isbildningsanordning? Tidigare försök har inneburit formning av polymerer och andra mjuka material, eller etsningsmönster på hårda material som saknade noggrannhet och förlitade sig på dyr utrustning. Men vad sägs om att göra billigt, gjutna metalliska biostrukturer?

Iowa State Universitys Martin Thuo och studenterna i hans forskargrupp har hittat ett sätt i deras strävan efter "sparsam vetenskap/innovation, "vad han beskriver som" förmågan att minimera kostnader och komplexitet samtidigt som man erbjuder effektiva lösningar för att förbättra de mänskliga förhållandena. "

För detta projekt, de tar sin tidigare utveckling av flytande metallpartiklar och använder dem för att göra perfekt formade metallversioner av naturliga ytor, inklusive ett rosenblad. De kan göra det utan värme eller tryck, och utan att skada ett kronblad.

De beskriver tekniken som de kallar BIOMAP i en artikel som nyligen publicerats online av Angewandte Chemie , en tidskrift för German Chemical Society. Thuo, en docent i materialvetenskap och teknik med ett artigt möte inom el- och datorteknik, är motsvarande författare. Medförfattare är alla Iowa State-studenter i materialvetenskap och teknik:Julia Chang, Andrew Martin och Chuanshen Du, doktorander; och Alana Pauls, en grundutbildning.

Iowa State stödde projektet med immateriella rättigheter som genererades av Thuo.

"Detta projekt kommer från en observation att naturen har många vackra saker den gör, "Sa Thuo." Lotusplantan, till exempel, lever i vatten men blir inte våt. Vi gillar dessa strukturer, men vi har bara kunnat efterlikna dem med mjuka material, vi ville använda metall. "

Nyckeln till tekniken är mikroskalpartiklar av underkyld flytande metall, ursprungligen utvecklad för värmefri lödning. Partiklarna skapas när små droppar av metall (i detta fall Field's metal, en legering av vismut, indium och tenn), utsätts för syre och är belagda med ett oxidationsskikt, fånga metallen inuti flytande, även vid rumstemperatur.

BIOMAP -processen använder partiklar av olika storlekar, alla bara några miljondelar av en meter i diameter. Partiklarna appliceras på en yta, täcker det och formpassar alla sprickor, luckor och mönster genom de autonoma processerna för självfiltrering, kapillärt tryck och avdunstning.

En kemisk trigger förenar och stelnar partiklarna till varandra och inte till ytan. Det gör att fasta metalliska kopior kan lyftas bort, skapar en negativ lättnad av ytstrukturen. Positiva lättnader kan göras genom att använda den inversa kopian för att skapa en form och sedan upprepa BIOMAP -processen.

"Du lyfter det, det ser exakt likadant ut, "Thuo sa, notera att ingenjörerna kunde identifiera olika sorter eller rosor genom subtila skillnader i metalliska kopior av deras texturer.

Viktigt, replikerna bevarade ytornas fysiska egenskaper, precis som i elastomerbaserad mjuk litografi.

"Metallstrukturen bibehåller dessa ultrahydrofoba egenskaper - precis som en lotusväxt eller ett rosenblad, "Sa Thuo." Lägg en droppe vatten på ett metallrosblad, och droppen fastnar, men på ett lotusblad av metall rinner det bara av. "

Dessa egenskaper kan appliceras på flygplansvingar för bättre avisning eller för att förbättra värmeöverföring i luftkonditioneringssystem, Sa Thuo.

Så kan en liten sparsam innovation "forma de känsliga strukturerna i ett rosenblad till en solid metallstruktur, "Thuo sa." Detta är en metod som vi hoppas kommer att leda till nya tillvägagångssätt för att göra metalliska ytor som är hydrofoba baserade på strukturen och inte beläggningarna på metallen. "