从空气中收集干净的水,灵感来自沙漠生活

人类可以在最基本的庇护所中生存,能从最简陋的食材中拼凑出一顿饭来。但是没有干净的水我们就活不下去。在水资源稀缺的地方,世界上的沙漠,例如,给人们送水需要大量的工程和灌溉技术,这些技术既繁琐又昂贵。

俄亥俄州立大学研究人员的一对新研究提供了一种可能的解决方案,灵感来自大自然。

从空气中收集干净的水,灵感来自沙漠生活

巴拉特

“我们想:“我们怎样才能从周围的环境空气中收集水呢?”“说巴拉特,俄亥俄州著名学者和霍华德D。温比格勒教授俄亥俄州机械工程.“所以,我们研究了自然界中已经存在的东西:仙人掌,甲虫,沙漠草。”“

他们的发现发表于12月。24在日记里英国皇家学会哲学汇刊.这些作品是与俄亥俄州立大学博士合著的。学生Dev Gurra和俄亥俄州工程研究员Dong Song。

不山的工作重点是发现自然启发的解决方案社会问题.在这种情况下,他的研究团队在沙漠中寻找尽管水资源有限仍能存活下来的生命。

仙人掌,甲虫和沙漠草都收集了夜间雾凝结的水,收集空气中的水滴,过滤到树根或水库中,提供足够的水化以生存。

水珠无蜡收集,甲虫背部有防水突起,然后滑向甲虫口部的平坦表面之间的颠簸。沙漠的草在它们的尖端收集水,然后通过每个叶片中的通道将水引导至根系。仙人掌在带刺的顶端收集水分,然后引导水滴沿着圆锥形的刺到达植物的底部。

Bhushan的研究小组研究了每一种生物,并意识到他们可以建立一个类似但更大的系统,让人类从夜间的雾或凝结中提取水。

他们开始研究不同表面收集水的方法,哪些表面可能是最有效的。使用3D打印机,他们用凸起和倒钩建造表面,然后封闭创建,雾天环境使用商业加湿器来观察哪个系统收集的水最多。

他们了解到圆锥形比圆柱形聚集更多的水-这是有道理的,鉴于我们对仙人掌的了解,“Bhushan说。发生的原因,他说,是因为一种叫做拉普拉斯压力梯度的物理现象。水聚集在圆锥体的顶端,然后沿着圆锥体的斜面向下流到底部,在水库等着的地方。

沟槽表面比非沟槽表面移动水的速度更快-回想起来很明显,因为我们对草的了解,“Bhushan说。在研究小组的实验中,沟槽表面聚集的水是未嵌入表面的两倍。

锥体是由磨砂制成的,也是。亲水性表面那些让水聚集而不是吸收水的表面聚集了最多的水。

“甲虫的表面物质是不均匀的,亲水点周围有疏水区,这使得水更容易流到甲虫的嘴里,“不山解释说。

研究小组还试验了一种包含多个锥体的结构,并且了解到,当水滴可以在相距一到两毫米的锥体之间凝聚时,会聚集更多的水。研究小组正在继续这些实验,Bhushan说。

到目前为止,这项工作是在实验室层面上完成的,但不山预计这项工作会扩大,沙漠中的结构可以从雾或凝结物中收集水。那水,他认为,可以补充公共系统或水井的水,无论是一家一家地,或者在社区范围内。

这种想法有先例:在世界各地,包括智利的阿塔卡马沙漠,大网捕捉雾中的水,并将其收集到水库中,供农民和其他人使用。这些网可能不是最有效的利用空气中的水的方法,不山相信。

“供水是一个非常重要的问题,尤其是对于世界上最干旱地区的人们,“Bhushan说。“通过使用生物启发技术,我们可以帮助解决向全球人民提供清洁水的挑战,以尽可能有效的方式。”“

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