La ingeniería de la piel de naranja

Suena a IG Nobel, el premio que anualmente reconoce los estudios más locos de centros de investigación y universidades. Pero, bajo el título Microchorros de alta velocidad de glándulas de aceite esencial de la piel de naranja, científicos de la Universidad Central de Florida han publicado en PNAS la investigación más completa sobre la mecánica de la naranja y su piel. Sus aplicaciones van de la robótica a la administración de medicamentos.

El Profesor Adjunto de Ingeniería Andrew K. Dickerson y su alumno Nicholas M. Smith han descubierto cómo las naranjas liberan esa delgada corriente de aceite fragante cuando se las aprieta. Caracterizaron la estructura de las cáscaras de naranja y descubrieron el papel que las capas tienen para crear la dinámica de microjet. Al imitar el mecanismo de la naturaleza de una capa de naranja, las compañías farmacéuticas pueden desarrollar una forma menos costosa y menos compleja de administrar medicamentos en el aire.

"Estudiamos sistemas naturales para caracterizar matemáticamente cómo funciona la creación, y a pesar de la ubicuidad del consumo de frutas cítricas, estos aviones no habían sido estudiados previamente", dijo Dickerson. "La naturaleza es nuestra mayor inspiración para abordar problemas del mundo real".

1.000 veces la fuerza que experimenta un astronauta

La naranja es compleja. Su capa exterior dura protege la fruta, y una capa esponjosa blanca justo debajo de la piel tiene reservorios microscópicos de aceite en burbujas ocultas. El material esponjoso absorbe el impacto, pero cuando se aprieta a una presión crítica, empuja hacia arriba y las gotas abren una sección diminuta de la capa externa dura para pulverizar su flujo fragante. Estos microchorros son pequeños pero rápidos, saliendo de sus cavidades a 35 km/h de media. Ojo, su aceleración alcanza los 5.000 G, lo que equivale a aproximadamente 1.000 veces la fuerza que los astronautas sienten en el lanzamiento.

"Hay varias aplicaciones potenciales", señala Smith. "Por ejemplo, para los asmáticos, podría una pequeña porción de material aerosolizar los medicamentos de emergencia que actualmente hay en inhaladores de uso múltiple. Este enfoque puede ser menos costoso y biodegradable".

Pero aún se necesitan investigaciones antes de aplicar el enfoque de la cáscara de naranja al suministro de medicamentos."Primero, tenemos que calcular tamaños y proporciones", apunta Dickerson. "Es importante entender exactamente cómo funcionan los microchorros y cómo ajustar su estabilidad para aplicaciones médicas. El tamaño de las gotas y la cantidad de medicamento que portan es fundamental. Tenemos mucho camino por recorrer antes de poder explorar las aplicaciones".

Dickerson, el científico del perro centrifugado

El centrifugado de los perros fue estudiado por Dickerson Pixabay

¿Qué podemos aprender de dinámica de fluidos a partir de un perro mojado? Dickerson es un experto que está haciendo carrera estudiando la naturaleza... más singular. Ya ha publicado varios artículos que analizan la manera en que los perros mojados se secan agitándose. También cómo los mosquitos sobreviven a las colisiones de gotas de lluvia. Estudiar el centrifugado perruno nos ayuda a entender cómo auto secar superficies grandes como paneles solares. Y estudiar cómo los mosquitos sobreviven a la lluvia podría ayudar a crear estrategias para combatir los insectos portadores de enfermedades.

"Pocos laboratorios a nivel nacional realizan este tipo de investigación", dijo Smith. "Esa es una de las razones por las que vine a la UCF para hacer mi trabajo de posgrado. Es algo emocionante. La naturaleza ha tenido miles de millones de años para tener los principios de ingeniería correctos y puedo mirarlos, descubrirlos y luego jugar con ellos para resolver problemas. ¡Eso es muy emocionante!"