Los chorros de un fluido son normalmente provocados forzando al líquido a atravesar una boquilla muy estrecha, igual que en una pistola de agua o en una jeringuilla.

Pero el 10 de Julio unos investigadores publicaron en en Physical Review Letters, una manera de provocar que un fluido produzca un chorro a partir de una gota aislada. El equipo colocó el líquido en una superficie y lo concentraron con ondas acústicas de superficie (la version microscópica de los terremotos) haciendo que la gota saliera disparada hacia arriba en un finísimo chorro. Los investigadores creen que esta técnica podría ser útil para suministrar ciertos medicamentos o, incluso, en impresoras de inyección de tinta.

Uno de los desafíos en microfluidos es el propio líquido. Porque si la tensión superficial es elevada, hacer que una parte minúscula salga propulsada requiere un esfuerzo considerable, similar al de beberse un vaso de leche a través de una pajita muy estrecha. Muchos dispositivos de microfluidos, que son incluso más pequeños que una tarjéta de crédito, deben ser enganchados a grandes bombas, haciendo que el montaje sea demasiado engorroso e ineficiente.

Para salvar este inconveniente, investigadores liderados por Leslie Yeo de la Monash University de Australia se han pasado a las ondas acústicas de superficie (SAWs). Las SAWs son versiones minúsculas de las ondas sísmicas superficiales (ondas de Rayleigh) de los terremotos. (ver animación aquí). La amplitud de las SAW puede ser de tan sólo unos pocos nanómetros y han sido utilizadas en telecomunicaciones y en tecnología de pantallas táctiles, además de otras áreas. Tan sólo en los últimos años se han utilizado para manipular líquidos, dice Yeo, para vibrar y romperlos en gotas por ejemplo. Ahora él y sus colegas las han usado para conseguir chorros de fluidos.

Los investigadores pusieron dos electrodos en un piezoeléctrico de niobato de litio, un material que es capaz de convertir corriente eléctrica en SAWs. Los electrodos, construídos a partir de una matriz de láminas de metal curvadas -arcos- se disponen en un sector de 90 grados de un disco, con un agujero en el centro. La matriz focaliza las SAW desde el exterior del disco hacia el centro, donde los investigadores colocaron una gota de entre 1 y 5 microlitros de agua, etanol, metanol u octano.

Las vibraciones, con una frecuencia de 30 MHz, consiguieron diferentes comportamientos en las gotas, dependiendo de la aceleración vertical de las ondas, que era controlada con pequeños cambios en la amplitud. Para amplitudes más pequeñas, la fuerza no era lo bastante fuerte para expulsar la gota debido a la tensión superficial y por tanto únicamente lograba oscilar en su lugar haciendo aparecer una pequeña montaña, como un montecito de nata montada. Para amplitudes mayores, la montaña se convierte en un chorro de 1 a 2 centímetros de alto, alcanzando velocidades de algunos metros por segundo. Cuanto mayor es la amplitud, mayor es el chorro. Pero a altas amplitudes, el chorro se descompone en multitud de gotitas. La mayor SAW produjo que la gota inicial explotase en una lluvia de pequeñas gotas, en un proceso conocido como atomización.

El paso siguiente, dice Yeo, es desarrollar un método más preciso para controlar los chorros para aplicaciones futuras. Por ejemplo, pequeños dispositivos podrían emplear estos chorros para depositar con precisión pequeñas dosis de medicamentos. La miniaturización también podría conseguir analizadores de ADN más eficientes para el estudio de enfermedades. Otras aplicaciones serían por ejemplo las impresoras de inyección, que hoy en día dependen de pequeñas boquillas que disparan diminutas gotas de tinta sobre el papel.

Este trabajo es, en palabras de Michael Graham de la University of Wisconsin:

Es una aproximación interesante a la manipulación de fluidos a pequeña escala a la que no se le ha prestado demasiada atención en el pasado.

Además, para mostrar mayor precisión en el control de los chorros, considerarán en el futuro gotas incluso a menores escalas, donde la viscosidad es cada vez más importante.

Traducción libre de Squirting Water without a Gun – PhysOrg. En el original se muestra además un video que recomiendo ver.