Ingenjören som avslutade ketchupflaskstriden

KEN RICHARDSON

Det började med en flaska honung.

Kripa Varanasi och hans fru Manasa var hemma och hon försökte göra ett mellanmål till deras unga son. Hon kämpade för att skeda ut lite honung, frustrerad över hur svårt det var att få de sista bitarna av klibbig sötma från botten av behållaren. Till slut vände hon sig till sin man. Man jobbar på hala saker, sa hon. Varför kan du inte göra en hal flaska?

Varanasi, en docent i maskinteknik, säger att han omedelbart visste att det bara var idén han hade letat efter: Jag tyckte att det var briljant!

De två hade diskuterat detaljerna i ett nytt företag som han och en av hans studenter, David Smith, just hade lanserat för att kommersialisera en uppfinning som de hade utvecklat som en del av Smiths doktorsavhandlingsarbete. Efter att ha hittat ett sätt att göra mycket hala ytor, hade de letat efter en verklig tillämpning. Men de idéer de hade kommit på skar helt enkelt inte av det – förrän Manasa slog på honungsburken.

Fem år senare har företaget, som heter LiquiGlide, just avslutat sin andra omgång riskkapital – för totalt mer än 24 miljoner dollar i finansiering. Och redan har LiquiGlide kontrakt med mer än 70 företag för att ta ut olika versioner av sina hala beläggningar, några av dem av livsmedelskvalitet, på marknaden med hjälp av ketchup- och limflaskor, kosmetikaburkar, färgburkar, blandningskärl för jordbrukskemikalier och mer .

Det har varit en hel del körning på sistone för Varanasi. Han har också grundat ett andra företag, vars arbete med stora industriella partners är redo att göra ett hack i världens koldioxidutsläpp. En video som skildrar uppfinningen bakom LiquiGlide – som visar ketchup glida utan ansträngning ur flaskan – har setts över två tredjedelar av en miljon gånger på YouTube. Under den senaste veckan visades han på BBC, CNN, NBC och andra kanaler nationellt och internationellt. Och han och hans fru fick sitt andra barn i november, bara ett år efter att han fick anställning som MIT-professor.

Ken Richardson

Men konceptet bakom den första hala uppfinningen, som ledde fram till det Aha! ögonblick, hade varit år på väg.

Sedan han var liten och växte upp i Hyderabad, i södra Indien, har Varanasi varit passionerad för att mixtra, uppfinna och ta reda på hur saker fungerar. Som barn till en fysiklärarmor och en elektroingenjörsfar, och barnbarn till två lärare, hade han ingen brist på mentorer och handledare när han byggde elektronikkretsar från byggsatser, slukade matematikböcker och skapade projekt för naturvetenskapliga tävlingar. Han fick en eftertraktad plats på en av landets elittekniska skolor, IIT Madras, och därifrån gick han till MIT och tog sin doktorsexamen i maskinteknik 2004. Efter en nästan fem år lång tid på GE återvände han till MIT 2009 komma in på fakulteten inom maskinteknik. Och det var där insikterna om hala ytor verkligen började.

Jag ville ha ett labb som kommer att förbättra effektiviteten i en hel rad branscher, säger Varanasi. Och han hade en aning om att fokus på gränssnitt skulle visa sig vara användbart. När han arbetade med verkliga problem i en mängd olika branscher började han verkligen lägga märke till en röd tråd: ineffektivitet uppstod ofta från hur material beter sig vid gränssnitt, de platser där en fast yta kommer i kontakt med vätskor, gaser eller andra fasta ämnen . Till exempel, på flygplansvingar, förvandlas vattenånga till is, vilket ökar vikten och minskar lyftet. På kondensorerna i ett kraftverk möter het ånga svala ytor för att omvandlas, inte särskilt effektivt, till vätska som sedan kan gå tillbaka till en panna för att återförångas. I rörledningar kan flödet av olja och gas bromsas eller till och med blockeras av frusna metanhydrater som fastnar på rörens väggar.

Varanasi fann att små förändringar i dessa gränssnitt kan ge stora resultat. För att förhindra igensatta rörledningar och isiga flygplansvingar behövde han ett sätt att förhindra att vatten eller andra vätskor fastnar på ytor. Så han och hans elever började med att undersöka exakt vad som pågick i dessa situationer på atomär och molekylär nivå. De gjorde modellering utifrån fysikens grundläggande lagar och studerade sedan vätningsprocessen i mikroskopisk detalj i labbet.

Att förhindra att vatten fastnar på ytor innebär en egenskap som kallas hydrofobicitet (bokstavligen en rädsla för vatten) eller, i sin mer extrema form, superhydrofobicitet. Många labb runt om i världen arbetar med att utveckla superhydrofoba ytor, men Varanasi och hans team har drivit den här egenskapen i nya riktningar. De har gjort ytor som avger många typer av vätskor och andra som förblir mycket hållbara, även i tuffa miljöer som kraftverk fulla av het ånga.

Insikterna som lanserade LiquiGlide kom gradvis. Varanasi satte sig för att hitta ett sätt att skapa en ständigt hal yta som kunde användas med en mängd olika vätskor. Han liknar problemet med att laga en pannkaka på en stekpanna: för att den inte ska fastna täcker du pannan med ett lager olja, men oljan måste fyllas på när du lägger till mer smet. Tänk om det fanns ett sätt att få oljan att stanna kvar i pannan?

Det var där den grundläggande fysiken kom in. Varanasi och Smith insåg att genom att skapa en yta med en tillräckligt fin struktur i mikroskala eller nanoskala kunde de utnyttja kapillärkrafter – samma sak som låter vatten stiga upp i ett träds små inre passager – för att hålla en smörjmedlet säkert på plats. Och visst, efter många experiment med olika typer av texturer och smörjmedel, hittade de kombinationer som uppnådde just detta: de kunde mönstra ytan genom att skära eller etsa (eller, senare, genom att spraya en speciell beläggning) och sedan ett lager olja eller annat smörjmedel som appliceras på den ytan skulle förankras stadigt på plats i dess små springor. Det fungerade och beläggningarna visade sig vara otroligt hållbara.

När de patenterade processen, skulle ett första fokus ligga på beläggningar för kondensorerna i ångbaserade kraftverk. De kom på att genom att få dessa kondensatorer att tappa vattendroppar snabbare när de bildades, kunde de förbättra anläggningens totala effektivitet. Även en liten förbättring skulle kunna minska de globala koldioxidutsläppen avsevärt.

En demo som visar färg som rinner av från en vanlig obelagd färgburk (vänster) och en LiquiGlide-belagd burk (höger) föreslår hur mycket produktavfall som skulle kunna elimineras i stora färgtankar.

Men det visade sig vara en kamp i uppförsbacke att hitta kunder som var villiga att betala för en storskalig installation som inte hade bevisats operativt. Så de började fundera på konsumentprodukter. Vad kunde de göra med denna process som inte var kapitalintensiv och som kunde säljas direkt?

Det var då Manasas förslag kom. Proverna de hade testat i labbet var plana ytor, och de hade egentligen inte tänkt så mycket på att belägga komplexa krökta ytor, men med lite mer arbete fann de att deras process verkligen kunde fungera bra för behållare. Smith förberedde en uppsättning demonstrationer med hjälp av giftfria belagda behållare för majonnäs, honung, ketchup och tandkräm. Han gjorde korta videor som visar resultaten, och en av dem blev snabbt viral.

Tandkräm i en behandlad behållare (höger) glider lätt till botten av flaskan.

Ketchupflaskan – ett kärl som behåller sitt innehåll trots att man dunkar, skakar och lirkar – var det som verkligen fångade människors uppmärksamhet. Och med det konsumentorienterade förhållningssättet grenade företaget ut sig.

Nu testar och justerar LiquiGlide anpassade versioner av sina beläggningar för att fungera med en mängd olika tjocka, trögflytande vätskor. Detta kan till exempel vara till hjälp för färgtillverkare, som tappar upp till 30 procent av sina produktionskörningar när färg fastnar på blandningstankar och måste tvättas bort med en stor volym vatten som blir förorenad i processen.

Bara inom färgindustrin förlorar de uppskattningsvis 200 miljoner ton produkt och producerar miljontals liter avloppsvatten, så allt detta summerar till massor av bortkastade dollar, säger Varanasi.

Och det är bara en av hans uppfinningsbaserade startups. För tre år sedan bildade han och MITs biträdande provost Karen Gleason ett annat företag, kallat DropWise, som utnyttjar en mycket hållbar superhydrofob yta riktad mot kondensorer i ångkraftverk och tuffa miljöer som olje- och gasborrning. Ännu ett företag är i sitt tidigaste skede, bara några månader gammalt och fortfarande i smygläge. Jag tänker verkligen på vetenskap som ett sätt att möjliggöra design. Och jag tror att det var det som fick det här att hända, säger Varanasi. Men det kanske inte hade blivit av om det inte hade varit för den där irriterande honungsburken.

Dölj