211service.com
Ingeniøren som avsluttet ketchupflaskeslaget
KEN RICHARDSON
Det startet med en flaske honning.
Kripa Varanasi og kona hans, Manasa, var hjemme, og hun prøvde å lage en matbit til deres unge sønn. Hun slet med å skje med honning, frustrert over hvor vanskelig det var å få de siste bitene av klissete sødme fra bunnen av beholderen. Til slutt vendte hun seg mot mannen sin. Du jobber med glatte ting, sa hun. Hvorfor kan du ikke lage en glatt flaske?
Varanasi, en førsteamanuensis i maskinteknikk, sier at han umiddelbart visste at det var akkurat ideen han hadde lett etter: Jeg tenkte at det var genialt!
De to hadde diskutert detaljene i et nytt selskap som han og en av studentene hans, David Smith, nettopp hadde lansert for å kommersialisere en oppfinnelse de hadde utviklet som en del av Smiths doktorgradsarbeid. Etter å ha funnet en måte å lage veldig glatte overflater på, hadde de søkt etter en virkelig applikasjon. Men ideene de hadde kommet opp med, kuttet det bare ikke – før Manasa slo på honningkrukken.
Fem år senere har det selskapet, kalt LiquiGlide, nettopp avsluttet sin andre runde med risikokapital – for totalt mer enn 24 millioner dollar i finansiering. Og allerede har LiquiGlide kontrakter med mer enn 70 selskaper om å bringe ulike versjoner av sine glatte belegg, noen av dem i matvarekvalitet, på markedet ved hjelp av ketchup- og limflasker, kosmetikkkrukker, malingsbokser, blandekar for agrokjemikalier og mer .
Det har vært ganske hardt i det siste for Varanasi. Han har også grunnlagt et annet selskap, hvis arbeid med store industrielle partnere er klar til å gjøre et innhugg i verdens karbonutslipp. En video som viser oppfinnelsen bak LiquiGlide – som viser ketchup som glir uanstrengt ut av flasken – har blitt sett godt over to tredjedeler av en million ganger på YouTube. I løpet av en siste uke ble han omtalt på BBC, CNN, NBC og andre utsalgssteder nasjonalt og internasjonalt. Og han og kona fikk sitt andre barn i november, bare et år etter at han ble ansatt som MIT-professor.
Ken Richardson
Men konseptet bak den første glatte oppfinnelsen, som førte til det Aha! øyeblikk, hadde vært år underveis.
Siden han var liten og vokste opp i Hyderabad, i Sør-India, har Varanasi vært lidenskapelig opptatt av å fikse, finne opp og finne ut hvordan ting fungerer. Som barn av en fysikklærermor og en elektroingeniørfar, og barnebarn av to lærere, manglet han ikke på mentorer og veiledere da han bygde elektronikkkretser fra sett, slukte matematikkbøker og laget prosjekter for naturvitenskapelige konkurranser. Han fikk en ettertraktet plass ved en av landets eliteingeniørskoler, IIT Madras, og derfra dro han til MIT, og tok sin doktorgrad i maskinteknikk i 2004. Etter nesten fem år ved GE, returnerte han til MIT i 2009 å bli med på fakultetet innen maskinteknikk. Og det var her innsikten om glatte overflater virkelig begynte.
Jeg ønsket å ha en lab som vil forbedre effektiviteten i en hel rekke bransjer, sier Varanasi. Og han hadde en anelse om at fokus på grensesnitt ville vise seg nyttig. Da han jobbet med problemer i den virkelige verden i en rekke bransjer, begynte han virkelig å legge merke til en rød tråd: ineffektivitet oppsto ofte fra måten materialer oppfører seg ved grensesnitt, stedene der en fast overflate kommer i kontakt med væsker, gasser eller andre faste stoffer. . For eksempel, på flyvinger, blir vanndamp til is, noe som tilfører vekt og reduserer løft. På kondensatorene i et kraftverk møter varm damp kjølige overflater for å omdanne, ikke særlig effektivt, til væske som deretter kan gå tilbake til en kjele for å bli refordampet. I rørledninger kan strømmen av olje og gass bremses eller til og med blokkeres av frosne metanhydrater som fester seg til rørenes vegger.
Varanasi fant ut at små endringer ved disse grensesnittene kunne gi store resultater. For å forhindre tilstoppede rørledninger og isete flyvinger, trengte han en måte å hindre vann eller andre væsker i å feste seg til overflater. Så han og elevene hans startet med å undersøke nøyaktig hva som foregikk i disse situasjonene på atom- og molekylnivå. De gjorde modellering basert på grunnleggende fysikklover og studerte deretter fukteprosessen i mikroskopiske detaljer i laboratoriet.
Å forhindre at vann fester seg til overflater innebærer en egenskap som kalles hydrofobicitet (bokstavelig talt, en frykt for vann) eller, i sin mer ekstreme form, superhydrofobicitet. Mange laboratorier rundt om i verden jobber med å utvikle superhydrofobe overflater, men Varanasi og teamet hans har skjøvet denne egenskapen i nye retninger. De har laget overflater som slipper ut mange typer væsker og andre som forblir svært holdbare, selv i tøffe miljøer som kraftverk fulle av varm damp.
Innsikten som lanserte LiquiGlide kom gradvis. Varanasi satte seg fore å finne en måte å lage en evig glatt overflate som kunne brukes med en rekke væsker. Han sammenligner problemet med å tilberede en pannekake på en takke: for å unngå at den fester seg, dekker du pannen med et lag olje, men oljen må etterfylles etter hvert som du tilsetter mer røre. Hva om det var en måte å få oljen til å bli i pannen?
Det var der den grunnleggende fysikken kom inn. Varanasi og Smith innså at ved å lage en overflate med en tilstrekkelig fin mikroskala eller nanoskala tekstur, kunne de utnytte kapillærkrefter – det samme som lar vann stige opp inne i et tres bittesmå indre passasjer – for å holde en smøremiddel sikkert på plass. Og riktignok, etter mange eksperimenter med forskjellige typer teksturer og smøremidler, fant de kombinasjoner som oppnådde nettopp det: de kunne mønstre overflaten ved å risse eller etse (eller, senere, ved å spraye et spesielt belegg), og deretter et lag av olje eller annet smøremiddel påført den overflaten ville være forankret solid på plass i de små sprekker. Det fungerte, og beleggene viste seg å være utrolig holdbare.
Da de patenterte prosessen, skulle et første fokus være på belegg for kondensatorene i dampbaserte kraftverk. De fant ut at ved å få disse kondensatorene til å kaste vanndråper raskere etter hvert som de ble dannet, kunne de forbedre den generelle effektiviteten til anlegget. Selv en liten forbedring kan redusere globale karbonutslipp betydelig.
En demonstrasjon som viser maling som renner fra en standard malingsboks uten belegg (til venstre) og en boks med LiquiGlide-belegg (til høyre) antyder hvor mye produktavfall som kan elimineres i store malingstanker.
Men det viste seg å være en oppoverbakke kamp å finne kunder som var villige til å betale for en storstilt installasjon som ikke var bevist operativt. Så de begynte å tenke på forbrukerprodukter. Hva kunne de gjøre med denne prosessen som ikke var kapitalkrevende og som kunne selges direkte?
Det var da Manasas forslag kom. Prøvene de hadde testet i laboratoriet var flate overflater, og de hadde egentlig ikke tenkt så mye på å belegge komplekse buede overflater, men med litt mer arbeid fant de ut at prosessen deres faktisk kunne fungere godt for containere. Smith forberedte et sett med demonstrasjoner ved å bruke giftfrie belagte beholdere for majones, honning, ketchup og tannkrem. Han lagde korte videoer som demonstrerte resultatene, og en av dem ble raskt viral.
Tannkrem i en behandlet beholder (til høyre) glir lett til bunnen av flasken.
Ketchupflasken – et kar som berømt beholder innholdet til tross for banking, risting og lokking – var det som virkelig fanget folks oppmerksomhet. Og med den forbrukerorienterte tilnærmingen forgrenet selskapet seg.
Nå tester og tilpasser LiquiGlide tilpassede versjoner av beleggene for å fungere med et bredt utvalg av tykke, viskøse væsker. Dette kan for eksempel være nyttig for malingsprodusenter, som mister opptil 30 prosent av produksjonen når maling fester seg til blandetanker og må vaskes bort med store mengder vann som blir forurenset i prosessen.
Bare i malingsindustrien taper de anslagsvis 200 millioner tonn produkt og produserer millioner av liter avløpsvann, så alt dette utgjør mange bortkastede dollar, sier Varanasi.
Og det er bare en av hans oppfinnelsesbaserte startups. For tre år siden dannet han og MIT-prost Karen Gleason et annet selskap, kalt DropWise, som utnytter en svært slitesterk superhydrofob overflate rettet mot kondensatorer i dampkraftverk og røffe miljøer som olje- og gassboreoperasjoner. Nok et selskap er i sine tidligste stadier, bare noen måneder gammelt og fortsatt i stealth-modus. Jeg tenker virkelig på vitenskap som en måte å muliggjøre design på. Og jeg tror det var det som fikk dette til, sier Varanasi. Men det hadde kanskje ikke skjedd hvis det ikke hadde vært for den ene irriterende honningkrukken.