O baie cu bule nu este doar o experiență relaxantă pentru simțuri. Se pare că, în prezent, aceasta reprezintă o metodă testată științific de a oferi produselor agricole, echipamentelor medicale și materialelor industriale o sesiune de curățare delicată, fără a necesita utilizarea substanțelor chimice agresive. Într-un studiu recent, detaliat în paginile revistei de specialitate Droplet, cercetătorii de la Universitatea Cornell au conceput o tehnică inovatoare care implică injectarea unor bule minuscule în apă, simultan cu aplicarea unor unde sonore de frecvență joasă. Această combinație unică a generat o mișcare amplificată, de oscilație, care a făcut ca legumele să fie cu 90% mai curate comparativ cu băile în care s-au folosit doar bule sau doar apă, conform unui comunicat oficial al universității.
Echipa de cercetare a testat produse agricole precum roșiile, dar consideră că caracteristicile chimic-libere și delicate ale acestei metode ar putea face ca ea să fie extrem de utilă pentru curățarea echipamentelor medicale sensibile sau a semiconductorilor. „Am demonstrat că, tratând bula ca un oscilator armonic forțat, în care tensiunea superficială acționează ca un arc, iar fluidul din jur acționează ca masa, putem să scalăm și să reglăm predictiv frecvențele acustice pentru a maximiza eficiența curățării”, a declarat pentru Gizmodo Sunny Jung, autorul principal al studiului și inginer la Cornell.
Conform explicațiilor oferite de Jung, industriile alimentară și agricolă utilizează, în mod obișnuit, substanțe chimice dure sau curățarea cu ultrasunete pentru a elimina agenții patogeni nocivi, cum ar fi Listeria sau Salmonella. Totuși, prima opțiune poate lăsa reziduuri nedorite pe alimente, în timp ce a doua ar putea „promova neintenționat creșterea microbiană”, a adăugat Jung. Această problemă este una critică, având în vedere riscurile pentru sănătatea publică pe care le presupun contaminarea alimentară. Metodele tradiționale de spălare, deși eficiente într-o anumită măsură, prezintă limitări semnificative: substanțele chimice pot afecta calitatea nutritivă a alimentelor și pot lăsa urme toxice, în timp ce ultrasunetele de înaltă frecvență pot deteriora structura celulară a fructelor și legumelor sau pot crea medii propice pentru dezvoltarea ulterioară a bacteriilor.
Dar industria alimentară și cea agricolă nu sunt singurele care au nevoie de o modalitate comparativ delicată și sigură din punct de vedere chimic pentru a menține lucrurile curate. De exemplu, biofilmele de pe dispozitivele medicale sensibile, cum ar fi implanturile sau cateterele, necesită o curățare riguroasă fără a deteriora materialele delicate. În mod similar, semiconductorii, deși sunt componenți tehnologici esențiali, sunt notorii pentru predispoziția lor de a se deteriora în urma contaminării, procesul de fabricație fiind unul extrem de sensibil la orice tip de impuritate. „Am vrut să știm dacă putem obține o curățare eficientă a suprafețelor, mediată de bule sau de sunet, folosind frecvențe acustice joase, sub-cavitație”, a explicat Jung, „evitând astfel eroziunea distructivă și turbulența cauzate de curățarea tradițională cu ultrasunete de înaltă frecvență”.
Pentru desfășurarea studiului, echipa a pregătit un recipient din sticlă cu partea superioară deschisă, conectat la o pompă cu seringă pentru a genera bule. Apoi, cercetătorii au instalat camere de mare viteză pentru a urmări interacțiunile dintre bule și „murdărie”. În acest caz specific, murdăria era un sol pe bază de proteine, creat artificial pentru a facilita cuantificarea rezultatelor. Designul experimental a luat în considerare dinamica bulelor atât pentru cele suspendate în apă, cât și pentru cele care alunecau pe o placă de sticlă înclinată. Această abordare meticuloasă a permis cercetătorilor să observe în detaliu mecanismele fizice care guvernează interacțiunea dintre bule și contaminanți.
Odată ce configurația a fost completă, echipa a generat bule minuscule (cu un diametru de aproximativ 0,6 milimetri, sau 0,02 inci) și le-a expus unor unde sonore de frecvență joasă prin intermediul unui difuzor subacvatic. Fascinant, acest procedeu a dus la manifestarea bulelor într-o mișcare de „stop-and-go” (oprire și pornire), care a creat „forțe de forfecare puternice și localizate”, a explicat Jung. Acest fenomen este crucial pentru înțelegerea eficienței metodei. Bulele nu se deplasează haotic, ci într-un mod controlat de undele sonore, ceea ce permite o acțiune mecanică precisă asupra suprafețelor contaminate.
„În timpul fazei de decelerare, bula se „blochează” esențial pe marginea contaminantului”, a detaliat el. „Și pe măsură ce accelerează, decojește murdăria cu explozii tranzitorii de efort tangențial ridicat. Este ca și cum ai privi un perie oscilantă, microscopică, care lovește și decojește murdăria în timp real”. Această analogie sugerează o acțiune mecanică similară unei perii, dar la o scară microscopică și fără contact fizic direct care ar putea zgâria sau deteriora suprafața. Forțele de forfecare generate sunt suficient de puternice pentru a disloca particulele de murdărie și biofilme, dar suficient de localizate pentru a nu afecta integritatea materialului de bază.
Constatările studiului demonstrează că „fizica fundamentală deține adesea cheia dezvoltării unor tehnologii extrem de durabile”, a afirmat Jung. În esența sa, fundamentele teoretice ale acestei metode sunt simple, bazându-se pe principii fizice elementare de dinamică a fluidelor și acustică. Totuși, implicațiile ajung mult mai departe – da, chiar și pentru propria baie într-o cadă cu hidromasaj, așa cum adaugă Jung (în glumă) în comunicat: „Un mesaj de reținut este că atunci când stai în jacuzzi, redă muzica la o frecvență joasă”. Această remarcă amuzantă subliniază universalitatea principiului descoperit: undele sonore de frecvență joasă pot transforma bulele în agenți de curățare eficienți în diverse contexte.
În concluzie, această cercetare deschide noi orizonturi pentru sterilizarea și curățarea în industrii critice. Eliminarea necesității substanțelor chimice toxice reduce impactul asupra mediului și riscurile pentru sănătatea consumatorilor. În același timp, evitarea cavitației distructive asociate ultrasunetelor de înaltă frecvență protejează integritatea materialelor delicate, de la coaja subțire a unui fruct până la circuitele complexe ale unui semiconductor. Viitorul curățării ar putea fi, așadar, mult mai „bule”, dar într-un mod pe care știința abia acum începe să-l înțeleagă pe deplin.
Oamenii de știință au descoperit o metodă nouă și surprinzătoare de a spăla fructele și legumele
