Ingeniøren, der afsluttede ketchupflaskeslaget

KEN RICHARDSON

Det startede med en flaske honning.

Kripa Varanasi og hans kone, Manasa, var hjemme, og hun prøvede at lave en snack til deres lille søn. Hun kæmpede for at ske med honning, frustreret over hvor svært det var at få de sidste stykker klistret sødme fra bunden af ​​beholderen. Til sidst vendte hun sig mod sin mand. Du arbejder på glatte ting, sagde hun. Hvorfor kan du ikke lave en glat flaske?

Varanasi, en lektor i maskinteknik, siger, at han med det samme vidste, at det netop var den idé, han havde ledt efter: Jeg syntes, det er genialt!

De to havde diskuteret detaljerne i et nyt firma, som han og en af ​​hans studerende, David Smith, netop havde lanceret for at kommercialisere en opfindelse, de havde udviklet som en del af Smiths doktorafhandlingsarbejde. Efter at have fundet en måde at lave meget glatte overflader på, havde de ledt efter en anvendelse i den virkelige verden. Men de ideer, de havde fundet på, skar det bare ikke - indtil Manasa ramte honningkrukken.

Fem år senere har det selskab, kaldet LiquiGlide, netop lukket sin anden runde af venturekapital - for i alt mere end $24 millioner i finansiering. Og allerede har LiquiGlide kontrakter med mere end 70 virksomheder om at bringe forskellige versioner af sine glatte belægninger, nogle af dem i fødevarekvalitet, på markedet i form af ketchup- og limflasker, kosmetikglas, malingsdåser, blandekar til agrokemikalier og mere .

Det har været en del løb på det seneste for Varanasi. Han har også grundlagt en anden virksomhed, hvis arbejde med store industrielle partnere er klar til at gøre et indhug i verdens kulstofemissioner. En video, der skildrer opfindelsen bag LiquiGlide – der viser ketchup glide ubesværet ud af flasken – er blevet set langt over to tredjedele af en million gange på YouTube. I løbet af en seneste uge blev han vist på BBC, CNN, NBC og andre forretninger nationalt og internationalt. Og han og hans kone fik deres andet barn i november, blot et år efter at han fik ansættelse som MIT-professor.

Ken Richardson

Men konceptet bag den første glatte opfindelse, som førte til det Aha! øjeblik, havde været år undervejs.

Siden han var barn, da han voksede op i Hyderabad i det sydlige Indien, har Varanasi været passioneret omkring at pille ved, opfinde og finde ud af, hvordan tingene fungerer. Som barn af en fysiklærermor og en elektroingeniørfar og barnebarn af to lærere, manglede han ikke mentorer og vejledere, da han byggede elektronikkredsløb ud fra sæt, slugte matematikbøger og skabte projekter til naturvidenskabelige konkurrencer. Han fik en eftertragtet plads på en af ​​landets eliteingeniørskoler, IIT Madras, og derfra tog han til MIT og fik sin ph.d. i maskinteknik i 2004. Efter næsten fem års ophold hos GE vendte han tilbage til MIT i 2009 at komme på fakultetet inden for maskinteknik. Og det var her, indsigten i glatte overflader for alvor begyndte.

Jeg ville have et laboratorium, der vil forbedre effektiviteten i en lang række industrier, siger Varanasi. Og han havde en fornemmelse af, at fokus på grænseflader ville vise sig nyttigt. Da han arbejdede på problemer i den virkelige verden i en række forskellige industrier, begyndte han faktisk at bemærke en rød tråd: ineffektivitet opstod ofte fra den måde, materialer opfører sig på ved grænseflader, de steder, hvor en fast overflade kommer i kontakt med væsker, gasser eller andre faste stoffer . For eksempel på flyvinger bliver vanddamp til is, hvilket øger vægten og reducerer løft. På kondensatorerne i et kraftværk møder varm damp kølige overflader for at omdanne, ikke særlig effektivt, til væske, der derefter kan gå tilbage til en kedel for at blive fordampet. I rørledninger kan strømmen af ​​olie og gas bremses eller endda blokeres af frosne metanhydrater, der klæber til rørenes vægge.

Varanasi fandt ud af, at små ændringer ved disse grænseflader kunne have store resultater. For at forhindre tilstoppede rørledninger og iskolde flyvinger havde han brug for en måde at forhindre vand eller andre væsker i at klæbe til overflader. Så han og hans elever startede med at undersøge præcis, hvad der foregik i disse situationer på atom- og molekylært niveau. De lavede modellering baseret på grundlæggende fysiklove og studerede derefter befugtningsprocessen i mikroskopiske detaljer i laboratoriet.

At forhindre vand i at klæbe til overflader involverer en egenskab kaldet hydrofobicitet (bogstaveligt talt en frygt for vand) eller, i sin mere ekstreme form, superhydrofobicitet. Mange laboratorier rundt om i verden arbejder på at udvikle superhydrofobe overflader, men Varanasi og hans team har skubbet denne egenskab i nye retninger. De har lavet overflader, der udskiller mange slags væsker og andre, der forbliver meget holdbare, selv i barske miljøer som kraftværker fulde af varm damp.

Den indsigt, der lancerede LiquiGlide, kom gradvist. Varanasi satte sig for at finde en måde at skabe en evigt glat overflade, der kunne bruges med en række forskellige væsker. Han sammenligner problemet med at tilberede en pandekage på en bageplade: For at undgå at den sætter sig fast, dækker du panden med et lag olie, men olien skal fyldes op, efterhånden som du tilføjer mere dej. Hvad hvis der var en måde at få olien til at blive i panden?

Det var her, den grundlæggende fysik kom ind i billedet. Varanasi og Smith indså, at ved at skabe en overflade med en tilstrækkelig fin mikroskala eller nanoskala tekstur, kunne de udnytte kapillære kræfter – det samme som lader vand stige op inde i et træs bittesmå indre gange – til at holde en smøremiddel sikkert på plads. Og ganske rigtigt, efter en masse eksperimenter med forskellige slags teksturer og smøremidler, fandt de kombinationer, der opnåede netop det: de kunne mønstre overfladen ved at ridse eller ætse (eller senere ved at sprøjte en speciel belægning) og derefter et lag olie eller andet smøremiddel påført overfladen ville blive forankret solidt på plads i dens bittesmå sprækker. Det virkede, og belægningerne viste sig at være utroligt holdbare.

Da de patenterede processen, skulle et indledende fokus være på belægninger til kondensatorerne i dampbaserede kraftværker. De fandt ud af, at ved at få disse kondensatorer til at udskille vanddråber hurtigere, efterhånden som de blev dannet, kunne de forbedre anlæggets samlede effektivitet. Selv en lille forbedring kan reducere de globale kulstofemissioner betydeligt.

En demo, der viser maling, der dræner fra en standard ubelagt malingsdåse (venstre) og en LiquiGlide-belagt dåse (højre) antyder, hvor meget produktspild der kan elimineres i store malingstanke.

Men det viste sig at være en kamp op ad bakke at finde kunder, der var villige til at betale for en storstilet installation, som ikke var blevet bevist operationelt. Så de begyndte at tænke på forbrugerprodukter. Hvad kunne de lave med denne proces, der ikke var kapitalkrævende og kunne sælges direkte?

Det var da Manasas forslag kom. Prøverne, de havde testet i laboratoriet, var flade overflader, og de havde ikke rigtig tænkt meget over at belægge komplekse buede overflader, men med lidt mere arbejde fandt de ud af, at deres proces faktisk kunne fungere godt for beholdere. Smith forberedte et sæt demonstrationer ved at bruge giftfrie belagte beholdere til mayonnaise, honning, ketchup og tandpasta. Han lavede korte videoer, der demonstrerede resultaterne, og en af ​​dem gik hurtigt viralt.

Tandpasta i en behandlet beholder (til højre) glider let ned i bunden af ​​flasken.

Ketchupflasken - en beholder, der berømt bevarer sit indhold på trods af at den bankede, ryster og lokker - var det, der virkelig fangede folks opmærksomhed. Og med den forbrugerorienterede tilgang forgrenede virksomheden sig.

Nu tester og tilpasser LiquiGlide tilpassede versioner af sine belægninger, så de fungerer med en bred vifte af tykke, tyktflydende væsker. Det kan for eksempel være nyttigt for malingsproducenter, som mister op til 30 procent af deres produktionskørsler, når maling klæber til blandetanke og skal vaskes væk med en stor mængde vand, der bliver forurenet i processen.

Alene i malingsindustrien mister de omkring anslået 200 millioner tons produkt og producerer millioner af gallons spildevand, så alt dette summer til masser af spildte dollars, siger Varanasi.

Og det er kun en af ​​hans opfindelsesbaserede startups. For tre år siden dannede han og MIT associeret proost Karen Gleason et andet firma, kaldet DropWise, som udnytter en meget holdbar superhydrofob overflade rettet mod kondensatorer i dampkraftværker og barske miljøer som olie- og gasboringsoperationer. Endnu et firma er i sine tidligste stadier, kun et par måneder gammelt og stadig i stealth mode. Jeg tænker virkelig på videnskab som en måde at muliggøre design på. Og jeg tror, ​​det er det, der fik det til at ske, siger Varanasi. Men det var måske ikke gået i opfyldelse, hvis det ikke havde været for den ene irriterende honningkrukke.

skjule