När Konrad Rykaczewski flyttade till Sonora Desert-regionen i Arizona för sex år sedan tog han en vattenflaska och sprejade växterna i sin trädgård. att inte vattna dem, men för att se hur de interagerade med vattendroppar.

"Det var första gången jag bodde i en öken, och jag var fascinerad av floran och faunan, Rykaczewski sa, en professor i teknik vid Arizona State University i Tempe, Arizona. "Vad jag märkte med prickly pear kaktusar är att de nya dynorna är superhydrofoba, men de en säsong äldre precis under dem är superhydrofila. Jag undrade varför."

Rykaczewski började titta på ökendjur, inklusive skallerormar som ändrar form för att dricka vatten från huden. Motiverad av hans observationer på framsidan, Rykaczewski rekryterade studenter och började med ett fröstipendium från ASU:s Biomimicry Center experimentera i laboratoriet för att karakterisera kaktusarnas mikroskopiska 3-D epidermala struktur vid torra och våta tider på året. Rykaczewski tillämpar lektionerna i vätbarhet – studiet av hur droppar interagerar med fasta ämnen – på tekniska ytor för industriella applikationer.

Kenneth (Chad) Manning, en doktorand på projektet som ledde det experimentella arbetet, kommer att presentera teamets upptäckter från denna Sonorans vätbarhetsforskning vid American Physical Society's Division of Fluid Dynamics 71st Annual Meeting, som kommer att äga rum 18-20 november på Georgia World Congress Center i Atlanta, Georgien.

De upptäckte att medan nya kaktusdynor (kladoder) har en kontinuerlig vaxartad, hydrofob yta, äldre är täckta med ett nätverk av mikrosprickor "som går ner hela vägen genom vaxet till cellväggen, "som är hydrofil, förklarade Manning.

Genom att använda höghastighetsvideo, forskarna dokumenterade att vattendroppar studsar av unga, vaxartade kuddar, men med äldre kuddar orsakar mikrosprickorna som exponerar den inre hydrofila ytan att vattendroppar träffar och fastnar. "Huden fungerar som ett smart membran, sade Manning. När kaktusarna torkar stänger sprickorna, hjälper till att bevara vatten."

Resultaten informerar nu Mannings forskning om att utveckla ett smart material för hazmatdräkter. Materialets porer kommer att stängas i närvaro av farliga kemikalier men förblir annars öppna så att ånga och värme kan överföras ut ur hazmat-dräkten, en faktor som för närvarande begränsar deras användning.

Det är ett smart hudtrick som kaktusar redan har finslipat. "Det är samma typ av förändring i ytmorfologin, " sa Manning.