Van grap en YouTube-hit tot Nature-publicatie: waarom hydrogelballetjes stuiteren in een pan
Recept voor een miljoenenhit op Youtube: neem een handvol hydrogelballetjes uit de plantenwinkel en gooi ze in een droge gloeiende koekenpan. De balletjes beginnen aan een eindeloze stuiterdans. Gillend, alsof het allemaal uiterst pijnlijk is.
Een grap, zo lijkt het. En zo begon het ook. Van een Oekraiënse rapper en programmeur, die er naar eigen zeggen na het pannenkoekenbakken een vriendinnetje mee wilde imponeren met een instant Youtube-hit. Wat wonderwel lukte: hij had met de vertoning een kleine miljoen views in een week.
De Leidse natuurkundige Scott Waitukaitis heeft er deze week een heuse primeur aan in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Physics. Hij ontdekte met collega's een heel nieuw fysisch principe dat de balletjes laat rondstuiteren. Ook het gegil kunnen ze na twee jaar onderzoek verklaren.
Stoommachine
Waitukaitis: 'Ik zag het filmpje destijds en wilde in de literatuur even opzoeken hoe dat gestuiter werkte. Tot mijn verrassing was er nergens iets over te vinden.' Hij schreef een projectvoorstel voor wetenschapsfinancier NWO, kreeg geld en kon aan de slag in Leiden en bij onderzoeksinstituut Amolf in Amsterdam. Het Nature-artikel van deze week is het eerste resultaat.
De verklaring voor het vreemde stuitergedrag van de gelballetjes is te vinden in de enorme waterinhoud van de balletjes, die voor 98 procent uit water bestaan, gebonden in een gel. Waar een vallend bolletje de hete pan raakt, ontstaat een stoombelletje, dat explodeert en het balletje lanceert. Waarna het neerkomt en het hele verhaal opnieuw begint.
Een soort stoommachine uit één stuk, noemen Waitukaitis en zijn collega's het. Het hoge gillende geluid ontstaat door trillingen in het raakvlak tussen de pan en het balletje, bleek ook uit metingen en observaties met hogesnelheidscamera's. Het verschijnsel, zegt Waitukaitis, heeft veel weg van het zogeheten Leidenfrost-effect: het fenomeen dat koude waterdruppels over een heet oppervlak kunnen schaatsen door de plaatselijke vorming van een stoomkussentje. 'Dit is daarvan de elastische variant', zegt hij.
Tekst gaat verder onder de afbeelding.
Belangrijk voor robotica
Volgens mede-auteur en hoogleraar designer materials in Leiden Martin van Hecke kan de vinding een belangrijke rol gaan spelen in nieuwe vormen van robotica. Daarbij wordt steeds vaker gebruik gemaakt van zachte materialen, bijvoorbeeld hydrogels in grijpers en inktvisachtige tentakels. Nadeel is dat zulke materialen doorgaans traag reageren. Het plaatselijk verhitten zou dat een stuk energieker kunnen maken, denkt Van Hecke, die dat met onder meer de universiteit Eindhoven gaat onderzoeken.
