प्रकाशचित्र: अनन्या
अळूची पानांचा उपयोग अनेक जेवणाच्या पदार्थांमध्ये, भारतात सर्वत्र केला जातो. अळू वडी किंवा पात्रोडे करायला वापरल्या जाणाऱ्या ह्या पानांचा एक विशेष गुणधर्म आहे, ह्यांना पाणी पाणी अजिबात चिकटत नाही, म्हणजेच ह्यांचा पृष्ठभाग जलरोधी असतो. ह्यांच्यावर पडणाऱ्या द्रव पदार्थांमुळे पाने ओली होत नाहीत, द्रवाचे थेंब ह्यावरून घसरून जातात.
भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई येथील संशोधकांनी एका अभ्यासात, ज्या विशिष्ट रचनेमुळे अळूची (कोलोकॅशिया एस्क्युलेंटा) पाने जलरोधी असतात, त्या रचनेचे परीक्षण केले. पानाच्या पृष्ठभागावर असणाऱ्या मधमाशीच्या पोळ्यासारख्या रचनेपासून प्रेरणा घेऊन त्यांनी सिलिकॉन वर इपॉक्सी-पॉलिमर चे आलेपन करून जलरोधी पृष्ठभाग तयार केला. ह्याचा उपयोग धुक्यातून पाणी गोळा करण्यासाठी होऊ शकतो. सायंटिफिच रिपोर्ट्सइ ह्या कालिकात प्रकाशित झालेल्या ह्या अभ्यासाला भारतीय सरकारच्या विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागाकडून वित्तसहाय्य लाभले होते.
मुंबईतील भारतीय तंत्रज्ञान संस्थेच्या आवारातील अळूच्या पानांचे, स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाखाली परीक्षण केले असता शंशोधकांना पानांच्या पृष्ठभागावर पंचकोनी व षट्कोनी रचना दिसल्या. अजून जवळून, म्हणजे नॅनोस्केलला बघितले असता त्यांना पंचकोनांच्या व षट्कोनांच्या भिंतींची रचना पत्रीसारखी (पातळ थर असलेली) आहे. “कमळाची पाने त्यांच्या पृष्ठभागावर असलेल्या सूक्ष्म स्तंभ रचनेमुळे जलरोधी होतात. ह्या रचनेचा विस्तृत अभ्यास झाला आहे, पण अळूच्या पानांकडे अद्याप विशेष लक्ष दिले गेले नाही,” असे ह्या अभ्यसाचे नेतृत्व करणारे, भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई येथील प्राध्यापक राजनीश भारद्वाज म्हणाले.
बरेच पृष्ठभाग, त्यांच्यावर पडलेल्या द्रव पदार्थांच्या थेंबांना आकर्षित करून घेतात. उदाहरणार्थ, काचेवर पाणी मारले तर त्यावर पडलेले पाण्याचे थेंब सपाट दिसतात. पण जलरोधी पृष्ठभागावर ते अधिक गोलाकार असतात आणि पृष्ठभागाल जेमतेम चिकटलेला असतो. संशोधकांनी जेव्हा अलगद पणे पाण्याचा थेंब अळूच्या पानावर ठेवला, तेव्हा त्याच्या पृष्ठभागावरील मधमाश्यांच्या पोळ्यासारख्या असलेल्या रचनेच्या, पत्रीप्रमाणे असलेल्या भिंतींवर तो तोलला गेला. पाणी सदर रचनेच्या आत अजिबात शिरले नाही. पाण्याचा थेंब पृष्ठभागाला अगदी कमी ठिकाणी स्पर्श करत असल्यामुळे तो खाली खेचला न जाता त्याचा आकार गोलाकार राहू शकतो. म्हणजे पत्रीसारख्या भिंतींच्या आणि मधमाश्याच्या पोळ्यासारख्या गुहिकांमुळे ही पाने जलरोधी बनतात.
अळूच्या पानांच्या पृष्ठभागाचे अनुकरण करत, संशोधकांनी सिलिकॉन वर, इपॉक्सी-आधारित पॉलिमर पासून, वेगवेगळ्या मापाच्या षट्कोनी गुहिका बांधून जलरोधी पृष्ठभाग तयार केला. अळूच्या पानांच्या पृष्ठभागावरील ७० टक्क्यांहून अधिक बहुभुज षट्कोन असल्यामुळे संशोधकांनी त्यांच्या जैवप्रेरित पृष्ठभागासाठी पंचकोनांच्या ऐवजी षट्कोनी रचना पसंत केली. ह्या पृष्ठभागावर त्यांनी पाण्याचा थेंब ठेवला असता, तो त्याला चिकटला आणि पृष्ठभाग तिरका किंवा उलटा केला असता निसटून गेला नाही. तो थेंब एखाद्या पदकासारखा पृष्ठभागाला चिकटून राहिला कारण पृष्ठभागाची उभ्या दिशेने असलेली ओढ थेंबाच्या वजनापेक्षा जास्त होती. षट्कोनी रचना थेंबाला पृष्ठभागाच्या निकट राहण्यासाठी एक सलग स्पर्शरेषा उपलब्ध करून देते, ज्यामुळे थेंब पृष्ठभागाला चिकटणे सोपे होते.
पाण्याचा थेंब पृष्ठभागाला स्पर्श करताना झालेल्या कोनाच्या आधारावर जलरोधी पृष्ठभागाची व्याख्या करता येते. थेंबाची बाह्य कड ज्या कोनात पृष्ठभागाला स्पर्श करते त्याचे माप म्हणजे स्पर्शकोन. स्पर्शकोन जितका लहान तितका थेंब सपाट व पृष्ठभाग ओला करण्याची त्याची क्षमता तितकी जास्त.
जैवप्रेरित पृष्ठभागावरील षट्कोनांच्या कडांची जाडी तीच ठेवून बाजूंची लांबी वाढवली असता स्पर्शकोन मोठा झाला व पृष्ठभाग अधिक जलरोधी झाला असल्याचे संशोधकांना दिसून आले. पण बाजूंची लांबी तीच ठेवून जर कडांची जाडी वाढवली तर स्पर्शकोन लहान होतो. ह्या जैवप्रेरित पृष्ठभागावरील स्पर्शकोन अळूच्या पानावरील स्पर्शकोनाशी सममूल्य असल्याचे दिसून आले. हा जैवप्रेरित पृष्ठभाग जितका जलरोधी हवा आहे तितका करता येतो असे संशोधकांनी नमूद केले.
संशोधकांनी जैवप्रेरित पृष्ठभागाच्या जलरोधी गुणधर्माच्या मूल्याची तुलना अळूच्या पानांच्या जलरोधी गुणधर्माच्या मूल्याशी करण्यासाठी त्या पृष्ठभागावर वेगवेगळ्या वेगाने पाण्याचे थेंब पाडले. त्यांना दिसले की अळूच्या पानावर थेंब आधी पसरतो व पृष्ठभाग ओला करतो, नंतर उसळी मारून वर येतो, तेव्हा स्पर्शरेखा संकुचित होते आणि थेंब वरील दिशेने (उभा) लांबत जातो. शेवटी थेंब पृष्ठभागापासून विलग होतो. थेंबाचा वेग जेवढा जास्त, तेवढा प्रथम स्पर्शाच्या वेळेस थेंब जास्त पसरतो, आणि उसळी मारून जास्त लांबतो.
मात्र जैवप्रेरित पृष्ठभागावर पडलेला थेंब उसळी मारत नाही तर पृष्ठभागाला चिकटून राहतो. थेंब पृष्ठभागावर पडतो, पसरतो, व आकुंचित होतो. आकुंचित होत असताना, त्याचा एक भाग सुटून विलग होतो व उरलेला भाग पृष्ठभागाला चिकटून राहतो. थेंबाचा वेग वाढवला असता, षट्कोनी गुहिकांमध्ये पाणी सहज भरले जाते व स्पर्शकोन लहान होतो. थेंबाच्या कुठल्याही वेगासाठी, षट्कोनांच्या कडांची जाडी कमी करून स्पर्शकोन वाढवता येतो.
हे जैवप्रेरित पृष्ठभाग द्रवीभवनाच्या माध्यमातून धुक्यातून पाणी जमवून ते साठवण्याकरिता वापरता येणे शक्य आहे. थेट हवेतूनच पाणी काढून घेणे शक्य असल्यामुळे धुक्यातून पाणी साठवणे ही पाण्याची कमतरता असलेल्या ठिकाणांसाठी पाणी गोळा करण्याची एक प्रभावी पद्धत म्हणून सादर केली जात आहे. “भविष्यात, ह्या प्राकारच्या रचना मोठ्या आकारात (काही मीटर लांबी) निर्माण करून, धुक्यापासून पाणी साठवण्यासाठी त्यांचा उपयोग कसा करता येईल ह्याचा अभ्यास करण्याची आमची योजना आहे,” असे प्रा भारद्वाज म्हणतात.