211service.com
De ingenieur die de strijd tegen de ketchupfles beëindigde
KEN RICHARDSON
Het begon met een fles honing.
Kripa Varanasi en zijn vrouw, Manasa, waren thuis en ze probeerde een snack te maken voor hun zoontje. Ze worstelde om wat honing te scheppen, gefrustreerd door hoe moeilijk het was om de laatste kleverige zoetheid van de bodem van de container te krijgen. Ten slotte wendde ze zich tot haar man. Je werkt aan gladde dingen, zei ze. Waarom kan je geen gladde fles maken?
Varanasi, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde, zegt dat hij meteen wist dat dit precies het idee was waarnaar hij op zoek was: ik dacht: dat is briljant!
De twee hadden de details besproken van een nieuw bedrijf dat hij en een van zijn studenten, David Smith, net hadden gelanceerd om een uitvinding te commercialiseren die ze hadden ontwikkeld als onderdeel van Smiths proefschrift. Nadat ze een manier hadden gevonden om zeer gladde oppervlakken te maken, waren ze op zoek naar een echte toepassing. Maar de ideeën die ze hadden bedacht, sneden het gewoon niet - totdat Manasa op de honingpot kwam.
Vijf jaar later heeft dat bedrijf, LiquiGlide genaamd, zojuist zijn tweede risicokapitaalronde afgesloten - voor een totaal van meer dan $ 24 miljoen aan financiering. En LiquiGlide heeft al contracten met meer dan 70 bedrijven om verschillende versies van zijn gladde coatings, waarvan sommige geschikt voor levensmiddelen, op de markt te brengen door middel van ketchup- en lijmflessen, cosmetische potten, verfblikken, mengvaten voor landbouwchemicaliën en meer .
Het is de laatste tijd nogal een run geweest voor Varanasi. Hij heeft ook een tweede bedrijf opgericht, wiens werk met grote industriële partners klaar staat om een deuk in de CO2-uitstoot van de wereld te maken. Een video met de uitvinding achter LiquiGlide - waarin ketchup moeiteloos uit de fles glijdt - is meer dan twee derde van een miljoen keer bekeken op YouTube. In de afgelopen week was hij te zien op BBC, CNN, NBC en andere media in binnen- en buitenland. En hij en zijn vrouw kregen hun tweede kind in november, slechts een jaar nadat hij een vaste aanstelling had gekregen als MIT-professor.
Ken Richardson
Maar het concept achter die eerste glibberige uitvinding, die leidde tot die Aha! moment, was jaren in de maak.
Sinds hij een kind was dat opgroeide in Hyderabad, in het zuiden van India, is Varanasi gepassioneerd door knutselen, uitvinden en uitzoeken hoe dingen werken. Als kind van een moeder van een natuurkundeleraar en een vader van een elektrotechnisch ingenieur, en de kleinzoon van twee leraren, had hij geen tekort aan mentoren en docenten terwijl hij elektronische circuits bouwde uit kits, wiskundeboeken verslond en projecten maakte voor wetenschapswedstrijden. Hij verdiende een felbegeerde plek aan een van de elite technische scholen van het land, IIT Madras, en van daaruit ging hij naar MIT, waar hij in 2004 zijn doctoraat in werktuigbouwkunde behaalde. Na een periode van bijna vijf jaar bij GE keerde hij in 2009 terug naar MIT toetreden tot de faculteit werktuigbouwkunde. En daar begon het inzicht in gladde oppervlakken pas echt.
Ik wilde een laboratorium hebben dat de efficiëntie in een hele reeks industrieën zou verbeteren, zegt Varanasi. En hij had het idee dat focussen op interfaces nuttig zou zijn. Terwijl hij aan echte problemen in verschillende industrieën werkte, begon hij inderdaad een rode draad op te merken: inefficiënties kwamen vaak voort uit de manier waarop materialen zich gedroegen op grensvlakken, de plaatsen waar een vast oppervlak contact maakt met vloeistoffen, gassen of andere vaste stoffen . Op vliegtuigvleugels verandert waterdamp bijvoorbeeld in ijs, waardoor het gewicht toeneemt en de lift afneemt. Op de condensors in een elektriciteitscentrale ontmoet hete stoom koele oppervlakken om, niet erg efficiënt, om te zetten in vloeistof die vervolgens terug kan gaan naar een ketel om te worden verdampt. In pijpleidingen kan de stroom van olie en gas worden vertraagd of zelfs geblokkeerd door bevroren methaanhydraten die aan de wanden van de pijpen blijven kleven.
Varanasi ontdekte dat kleine veranderingen aan die interfaces grote resultaten konden opleveren. Om verstopte pijpleidingen en ijzige vliegtuigvleugels te voorkomen, had hij een manier nodig om te voorkomen dat water of andere vloeistoffen aan oppervlakken blijven kleven. Dus begonnen hij en zijn studenten met het onderzoeken van wat er precies aan de hand was in deze situaties op atomair en moleculair niveau. Ze deden modellering op basis van fundamentele natuurwetten en bestudeerden vervolgens het bevochtigingsproces tot in microscopisch detail in het laboratorium.
Om te voorkomen dat water aan oppervlakken blijft kleven, is er een eigenschap die hydrofobiciteit wordt genoemd (letterlijk, een angst voor water) of, in zijn extremere vorm, superhydrofobiciteit. Veel laboratoria over de hele wereld werken aan de ontwikkeling van superhydrofobe oppervlakken, maar Varanasi en zijn team hebben deze eigenschap in nieuwe richtingen geduwd. Ze hebben oppervlakken gemaakt die veel soorten vloeistoffen afgeven en andere die zeer duurzaam blijven, zelfs in ruwe omgevingen zoals elektriciteitscentrales vol hete stoom.
De inzichten die LiquiGlide lanceerden, kwamen geleidelijk. Varanasi ging op zoek naar een manier om een altijd glad oppervlak te creëren dat met verschillende vloeistoffen kan worden gebruikt. Hij vergelijkt het probleem met het bakken van een pannenkoek op een bakplaat: om te voorkomen dat hij gaat plakken, smeer je de pan in met een laagje olie, maar de olie moet worden bijgevuld naarmate je meer beslag toevoegt. Wat als er een manier was om de olie in de pan te laten blijven?
Dat is waar de basisfysica binnenkwam. Varanasi en Smith realiseerden zich dat ze door een oppervlak te creëren met een voldoende fijne textuur op microschaal of nanoschaal, capillaire krachten konden benutten - hetzelfde dat water laat opstijgen in de kleine interne doorgangen van een boom - om een smeermiddel stevig op zijn plaats. En ja hoor, na veel experimenten met verschillende soorten texturen en smeermiddelen, vonden ze combinaties die precies dat bereikten: ze konden het oppervlak van een patroon voorzien door te kerven of te etsen (of, later, door een speciale coating te spuiten), en dan een laag olie of ander smeermiddel dat op dat oppervlak wordt aangebracht, zou stevig op zijn plaats worden verankerd in zijn kleine spleten. Het werkte en de coatings bleken verbazingwekkend duurzaam te zijn.
Toen ze het proces patenteerden, lag de eerste focus op coatings voor de condensors in op stoom gebaseerde elektriciteitscentrales. Ze kwamen erachter dat ze de algehele efficiëntie van de plant konden verbeteren door die condensors sneller waterdruppels te laten afgeven naarmate ze zich vormden. Zelfs een kleine verbetering zou de wereldwijde CO2-uitstoot aanzienlijk kunnen verminderen.
Een demo die laat zien hoe verf uit een standaard ongecoate verfbus (links) en een LiquiGlide-gecoate bus (rechts) loopt, laat zien hoeveel productverspilling in grote verftanks kan worden geëlimineerd.
Maar het bleek een zware strijd om klanten te vinden die bereid waren te betalen voor een grootschalige installatie die operationeel niet bewezen was. Dus begonnen ze na te denken over consumentenproducten. Wat konden ze maken met dit proces dat niet kapitaalintensief was en direct verkocht kon worden?
Toen kwam de suggestie van Manasa langs. De monsters die ze in het laboratorium hadden getest, waren vlakke oppervlakken en ze hadden niet echt nagedacht over het coaten van complexe gebogen oppervlakken, maar met wat meer werk ontdekten ze dat hun proces inderdaad goed zou kunnen werken voor containers. Smith bereidde een reeks demonstraties voor met behulp van niet-toxische gecoate containers voor mayonaise, honing, ketchup en tandpasta. Hij maakte korte video's die de resultaten demonstreerden, en een daarvan ging snel viraal.
Tandpasta in een behandelde container (rechts) glijdt gemakkelijk naar de bodem van de fles.
De ketchupfles - een vat waarvan de inhoud beroemd is ondanks beuken, schudden en overhalen - was wat echt de aandacht van mensen trok. En met die consumentgerichte benadering vertakt het bedrijf zich.
Nu test en past LiquiGlide aangepaste versies van zijn coatings aan om te werken met een breed scala aan dikke, stroperige vloeistoffen. Dit kan bijvoorbeeld nuttig zijn voor verffabrikanten, die tot 30 procent van hun productieruns verliezen wanneer verf aan mengtanks blijft kleven en moet worden weggespoeld met een grote hoeveelheid water dat tijdens het proces verontreinigd raakt.
Alleen al in de verfindustrie verliezen ze naar schatting 200 miljoen ton product en produceren ze miljoenen liters afvalwater, dus dat alles leidt tot veel verspilde dollars, zegt Varanasi.
En dat is nog maar een van zijn op uitvindingen gebaseerde startups. Drie jaar geleden richtten hij en MIT-medewerker-provoost Karen Gleason een ander bedrijf op, DropWise genaamd, dat een zeer duurzaam superhydrofoob oppervlak gebruikt dat gericht is op condensors in stoomkrachtcentrales en ruwe omgevingen zoals olie- en gasboringen. Nog een ander bedrijf bevindt zich in de beginfase, slechts een paar maanden oud en nog steeds in de stealth-modus. Ik zie wetenschap echt als een manier om design mogelijk te maken. En ik denk dat dit de oorzaak is geweest, zegt Varanasi. Maar het was misschien niet gebeurd als die ene vervelende honingpot er niet was geweest.