Drönare och andra flygplan sprutar effektivt bekämpningsmedel över miles av grödor, men metoden kan också förorena miljön om vinden leder dimman bort från målet.

Ett av problemen är att små droppar är svåra för sprutor från grödor, bläckstråleskrivare och ett brett utbud av andra maskiner att styra. Ingenjörer vid Purdue University är de första som kommer med den matematiska formeln som saknades för att mäta en nyckelegenskap hos dessa droppar.

"Det finns många egenskaper som påverkar hur en droppe bildas. En av de viktiga egenskaperna är ytviskositet, som folk har haft en jäkla tid att försöka mäta eftersom de helt enkelt inte hade verktygen för att göra det, sa Osman Basaran, Purdues Burton och Kathryn Gedge professor i kemiteknik.

Bekämpningsmedel och andra kemikalier innehåller tillsatser som kallas ytaktiva ämnen. Dessa ytaktiva molekyler motstår varandra på en vätskas yta, vilket ger upphov till en klibbig kraft som kallas ytviskositet som kan göra droppen mindre. Ju högre ytviskositet, desto mer kompakt formen är en droppe.

Basaran och hans elever har kommit på ett sätt att beräkna ytviskositeten bara genom att titta på hur en droppe sträcker sig. En bild tagen av den utsträckta droppen när den börjar gå sönder ger värdena att lägga in i en enkel matematisk formel som ger mätningen av ytans viskositet.

Formeln beskrivs i ett papper publicerat i tidningen Fysiska granskningsbrev . Upptäckten avslutar ett decennier långt lopp av forskare runt om i världen för att göra ytviskositeten mätbar. Andra medförfattare på detta papper inkluderar Hansol Wee, Brayden Wagoner och Pritish Kamat.

Att inte kunna mäta exakt hur mycket ytviskositet som påverkar droppbildningen har satt gränser för att göra maskiner säkrare och mer exakta, sa Basaran, som leder ett center som arbetar för att lösa vetenskapen bakom problem vid tillverkning av maskiner.

Lösningar från centret, kallas Purdue Process Safety and Assurance Center, direkt hjälpa partners inom industrier som jordbruk, hälsovård och energi.

En bättre förståelse av droppar och hur man kontrollerar dem påverkar alla dessa branscher. Som att bespruta grödor, bläckstråleutskrift i en fabrik producerar små droppar som kan komma in i luften och orsaka andningsproblem.

Mer exakt kontroll av en vätskeliknande substans kan också förbättra en maskins prestanda, som att ge en 3D-skrivare möjligheten att producera mer tillförlitliga eller detaljerade objekt.

"Ett material med för hög eller för låg ytviskositet kan leda till dåliga resultat i tillverkningsprocessen. Genom att känna till dessa mätningar kan du använda olika kemier för att göra ett material som inte leder till en ytviskositet som kommer att resultera i en dålig resultat, " sa Basaran.

Nästa, Basarans team planerar att införliva denna matematiska formel i experiment för att rekommendera nya maskindesigner. Formeln kan också bli ett kommersiellt instrument i framtiden, som en smartphone-app.

"Denna upptäckt öppnar många möjligheter för grundforskning som bara inte var möjlig förut, " sa Basaran.