El ingeniero que puso fin a la batalla de las botellas de ketchup

KEN RICHARDSON

Comenzó con una botella de miel.

Kripa Varanasi y su esposa, Manasa, estaban en casa y ella estaba tratando de preparar un refrigerio para su hijo pequeño. Estaba luchando por sacar un poco de miel, frustrada por lo difícil que era sacar los últimos trozos de dulzura pegajosa del fondo del recipiente. Finalmente, se volvió hacia su marido. Trabajas en cosas resbaladizas, dijo. ¿Por qué no puedes hacer una botella resbaladiza?

Varanasi, profesor asociado de ingeniería mecánica, dice que supo al instante que esa era justo la idea que había estado buscando: yo estaba como, ¡eso es genial!

Los dos habían estado discutiendo los detalles de una nueva compañía que él y uno de sus estudiantes, David Smith, acababan de lanzar para comercializar un invento que habían desarrollado como parte del trabajo de tesis doctoral de Smith. Después de encontrar una manera de hacer superficies muy resbaladizas, buscaban una aplicación en el mundo real. Pero las ideas que se les ocurrieron simplemente no eran suficientes, hasta que Manasa dio con el tarro de miel.

Cinco años después, esa empresa, llamada LiquiGlide, acaba de cerrar su segunda ronda de capital de riesgo, por un total de más de $24 millones en financiamiento. Y ya LiquiGlide tiene contratos con más de 70 empresas para llevar al mercado varias versiones de sus recubrimientos resbaladizos, algunos de ellos aptos para uso alimentario, a modo de botellas de ketchup y pegamento, frascos de cosméticos, latas de pintura, tanques de mezcla para agroquímicos y más. .

Ha sido bastante difícil últimamente para Varanasi. También fundó una segunda empresa, cuyo trabajo con grandes socios industriales está a punto de hacer mella en las emisiones de carbono del mundo. Un video que muestra la invención detrás de LiquiGlide, que muestra el ketchup deslizándose sin esfuerzo fuera de su botella, ha sido visto más de dos tercios de un millón de veces en YouTube. En el lapso de una semana reciente, apareció en BBC, CNN, NBC y otros medios a nivel nacional e internacional. Y él y su esposa tuvieron su segundo hijo en noviembre, solo un año después de que obtuviera la titularidad como profesor del MIT.

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Pero el concepto detrás de esa invención resbaladiza inicial, que condujo a ese ¡Ajá! momento, llevaba años preparándose.

Desde que era un niño que creció en Hyderabad, en el sur de la India, a Varanasi le ha apasionado jugar, inventar y descubrir cómo funcionan las cosas. Como hijo de una madre profesora de física y un padre ingeniero eléctrico, y nieto de dos profesores, no le faltaron mentores y tutores mientras construía circuitos electrónicos a partir de kits, devoraba libros de matemáticas y creaba proyectos para concursos de ciencias. Obtuvo un lugar codiciado en una de las escuelas de ingeniería de élite del país, IIT Madras, y de allí fue al MIT, donde obtuvo su doctorado en ingeniería mecánica en 2004. Después de un período de casi cinco años en GE, regresó al MIT en 2009. para unirse a la facultad de ingeniería mecánica. Y ahí es donde realmente comenzaron las ideas sobre las superficies resbaladizas.

Quería tener un laboratorio que mejorara la eficiencia en una amplia gama de industrias, dice Varanasi. Y tenía el presentimiento de que centrarse en las interfaces resultaría útil. Mientras trabajaba en problemas del mundo real en una variedad de industrias, de hecho comenzó a notar un hilo común: las ineficiencias a menudo surgían de la forma en que los materiales se comportan en las interfaces, los lugares donde una superficie sólida hace contacto con líquidos, gases u otros sólidos. . Por ejemplo, en las alas de un avión, el vapor de agua se convierte en hielo, lo que aumenta el peso y reduce la sustentación. En los condensadores de una planta de energía, el vapor caliente se encuentra con las superficies frías para convertirse, de manera no muy eficiente, en líquido que luego puede volver a una caldera para ser revaporizado. En los oleoductos, los hidratos de metano congelados que se adhieren a las paredes de los oleoductos pueden ralentizar o incluso bloquear el flujo de petróleo y gas.

Varanasi descubrió que pequeños cambios en esas interfaces podrían tener grandes resultados. Para evitar las tuberías obstruidas y las alas de los aviones heladas, necesitaba una forma de evitar que el agua u otros fluidos se adhieran a las superficies. Así que él y sus alumnos comenzaron examinando exactamente lo que estaba pasando en estas situaciones a nivel atómico y molecular. Hicieron modelos basados ​​en las leyes fundamentales de la física y luego estudiaron el proceso de humectación en detalle microscópico en el laboratorio.

Evitar que el agua se adhiera a las superficies involucra una propiedad llamada hidrofobicidad (literalmente, miedo al agua) o, en su forma más extrema, superhidrofobicidad. Muchos laboratorios de todo el mundo trabajan en el desarrollo de superficies superhidrofóbicas, pero Varanasi y su equipo han llevado esta propiedad en nuevas direcciones. Han creado superficies que arrojan muchos tipos de fluidos y otras que siguen siendo muy duraderas, incluso en entornos hostiles como centrales eléctricas llenas de vapor caliente.

Las ideas que lanzaron LiquiGlide llegaron gradualmente. Varanasi se propuso encontrar una manera de crear una superficie perpetuamente resbaladiza que pudiera usarse con una variedad de fluidos. Él compara el problema con cocinar un panqueque en una plancha: para evitar que se pegue, cubre la sartén con una capa de aceite, pero el aceite debe reponerse a medida que agrega más masa. ¿Qué pasaría si hubiera una manera de hacer que el aceite permanezca en la sartén?

Ahí es donde intervino la física básica. Varanasi y Smith se dieron cuenta de que al crear una superficie con una textura lo suficientemente fina a microescala o nanoescala, podían aprovechar las fuerzas capilares, lo mismo que permite que el agua se eleve dentro de los diminutos conductos internos de un árbol, para sostener un lubricante firmemente en su lugar. Y, efectivamente, después de muchos experimentos con diferentes tipos de texturas y lubricantes, encontraron combinaciones que consiguieron exactamente eso: podían modelar la superficie rayando o grabando (o, más tarde, rociando una capa especial), y luego una capa de aceite u otro lubricante aplicado a esa superficie se anclaría sólidamente en su lugar en sus pequeñas grietas. Funcionó, y los revestimientos demostraron ser increíblemente duraderos.

Cuando patentaron el proceso, un enfoque inicial iba a estar en los recubrimientos para los condensadores en las plantas de energía a base de vapor. Descubrieron que al hacer que esos condensadores arrojaran gotas de agua más rápidamente a medida que se formaban, podrían mejorar la eficiencia general de la planta. Incluso una pequeña mejora podría reducir significativamente las emisiones globales de carbono.

Una demostración que muestra el drenaje de pintura de una lata de pintura estándar sin recubrimiento (izquierda) y una lata recubierta con LiquiGlide (derecha) sugiere cuánto desperdicio de producto podría eliminarse en tanques de pintura grandes.

Pero resultó ser una batalla cuesta arriba encontrar clientes dispuestos a pagar por una instalación a gran escala que no se había probado operativamente. Así que empezaron a pensar en productos de consumo. ¿Qué podrían hacer con este proceso que no fuera intensivo en capital y pudiera venderse directamente?

Fue entonces cuando apareció la sugerencia de Manasa. Las muestras que habían estado probando en el laboratorio eran superficies planas, y en realidad no habían pensado mucho en recubrir superficies curvas complejas, pero con un poco más de trabajo descubrieron que su proceso podía funcionar bien para contenedores. Smith preparó una serie de demostraciones utilizando recipientes revestidos no tóxicos para mayonesa, miel, ketchup y pasta de dientes. Hizo videos cortos demostrando los resultados, y uno de esos rápidamente se volvió viral.

La pasta de dientes en un recipiente tratado (derecha) se desliza fácilmente hasta el fondo de la botella.

La botella de ketchup, un recipiente que retiene su contenido a pesar de los golpes, las sacudidas y la persuasión, fue lo que realmente llamó la atención de la gente. Y con ese enfoque orientado al consumidor, la empresa se expandió.

Ahora, LiquiGlide prueba y modifica versiones personalizadas de sus recubrimientos para que funcionen con una amplia variedad de líquidos espesos y viscosos. Esto podría ser útil, por ejemplo, para los fabricantes de pintura, que pierden hasta el 30 por ciento de sus ciclos de producción cuando la pintura se adhiere a los tanques de mezcla y debe lavarse con un gran volumen de agua que se contamina en el proceso.

Solo en la industria de la pintura, se pierden alrededor de 200 millones de toneladas de producto y se producen millones de galones de aguas residuales, por lo que todo eso suma una gran cantidad de dólares desperdiciados, dice Varanasi.

Y esa es solo una de sus nuevas empresas basadas en la invención. Hace tres años, él y la rectora asociada del MIT, Karen Gleason, formaron otra compañía, llamada DropWise, que está aprovechando una superficie superhidrofóbica altamente duradera destinada a condensadores en plantas de energía de vapor y entornos difíciles como operaciones de perforación de petróleo y gas. Otra empresa se encuentra en sus primeras etapas, solo tiene unos meses y todavía está en modo sigiloso. Realmente pienso en la ciencia como una forma de habilitar el diseño. Y creo que eso es lo que hizo que esto sucediera, dice Varanasi. Pero podría no haber sucedido si no hubiera sido por ese molesto tarro de miel.

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