قطرة ماء تسقط على ورقة لوتس فترتد دون أن تترك أثرًا. هذه معجزة التنظيف الذاتي صقلتها الطبيعة على مدى ملايين السنين، ويحاول المهندسون منذ زمن طويل محاكاتها. لكن إذا اصطدمت القطرة بسرعة كبيرة، تتفتت إلى رذاذ، وتفقد كتلتها وتترك آثارًا مبللة على السطح. كان يُعتقد أنه عند السرعات العالية للاصطدام يستحيل تجنب الرذاذ، حتى أُضيف القليل من البوليمر إلى الماء.
في التجارب الجديدة، سقطت قطرات من محلول بولي أكريلاميد بقطر 2.5 ملم على سطح فائق الكراهية للماء (وهو السطح الذي يرتد عنه الماء) بسرعة تصل إلى 3.4 م/ث. عند رقم ويبر (مقياس قوة الاصطدام) أعلى من 136، يتناثر الماء العادي، بينما يتصرف السائل المرن اللزج (الذي يتدفق ويتمدد في آن واحد) بشكل مختلف. تتمدد القطرة إلى خيط عمودي رفيع، وفي نهايته ينتفخ «بالون»، وينفصل هذا البالون كاملًا عن السطح. دون قطرة ثانوية واحدة. قطرة-بالون تنفخ نفسها بنفسها ثم تتحرر.
اللغز مختبئ في الفجوات الدقيقة للسطح. عندما تصطدم القطرة، يخترق السائل للحظات هذه المسام: حالة كاسي-باكستر (حيث تستقر القطرة على فقاعات هواء) تتحول إلى حالة وينتزل (حيث يملأ السائل الفجوات الدقيقة). هذا التشريب بالتحديد يعزز الالتصاق ويطلق نمو الخيط. أكدت المحاكاة العددية أن ذروة الضغط عند الاصطدام تزيد بعشرات المرات عن الضغط عند تشكل نفاثة ورثينغتون، لذلك يحدث التشريب في لحظة التلامس. بعد ذلك، يتحكم القصور الذاتي والجاذبية في الأمر: الطول الأقصى للخيط ينمو خطيًا مع رقم ويبر، ومسار مركز الكتلة يوصف بنموذج باليستي بسيط، حيث تكون قوى التبديد أقل بعشر مرات من الجاذبية.
النتيجة تكسر التصورات السابقة. كان يُعتقد سابقًا أن الإضافات البوليمرية تثبط الارتداد، وأن الرذاذ حتمي عند السرعات العالية. الآن ثبت أن القطرات المرنة اللزجة يمكن أن ترتد كليًا دون فقدان الكتلة حتى عند الاصطدامات القوية جدًا. السر يكمن في توازن الإجهادات المرنة والضغط الشعري، مما يمنع الخيط من التمزق قبل الانفصال. وهذا يفتح الطريق لتصميم الأسطح والسوائل للطباعة النافثة للحبر، ورش المبيدات، وتبريد الأسطح الساخنة، في كل مكان يكون فيه تجنب الرذاذ وفقدان المواد أمرًا مهمًا. الخطوة التالية هي قياس عتبة الانتقال إلى نمط البالون بشكل منهجي كدالة للخشونة والتبلل، واختبار بوليمرات أخرى. قطرة-بالون تقلع من السطح دون قطرة واحدة من الفقدان، وهي تذكير جميل كيف يمكن للمرونة أن تحول الاصطدام المدمر إلى طيران متحكم فيه.
الضغط عند اصطدام القطرة بالسطح يعادل ضغط الماء على عمق عدة أمتار، لكنه يستمر فقط بضع ميكروثوانٍ.