从空气中收集干净的水，灵感来自沙漠生活
新的研究显示了从雾和冷凝中收集水的方法
人类可以在最基本的避难所生存，可以从最简陋的食材中拼凑出一顿饭。但是没有干净的水我们不能生存。而在水资源匮乏的地区——比如世界上的沙漠——向人们提供水资源需要大量的工程和灌溉，这既麻烦又昂贵。俄亥俄州立大学(Ohio State University)研究人员的两项新研究提供了一种可能的解决方案，灵感来自大自然。“我们想:‘我们怎么能从周围的空气中收集水呢?’”俄亥俄州著名学者、俄亥俄州立大学机械工程霍华德·d·温比格勒(Howard D. Winbigler)教授巴拉特·布山(Bharat Bhushan)说。“所以，我们关注自然界中已经做到这一点的东西:仙人掌、甲虫、沙漠草。”
Bhushan的工作重点是寻找自然启发的社会问题解决方案。在这个案例中，他的研究小组在沙漠中寻找尽管水源有限但仍能生存的生命。仙人掌、甲虫和沙漠草都能收集夜间雾中凝结的水，从空气中收集水滴，过滤到根部或水库，提供足够的水合作用以生存。小水珠聚集在甲虫背上不含蜡的防水凸起物上，然后在凸起物之间的平坦表面滑向甲虫的嘴巴。沙漠牧草在它们的顶端收集水分，然后通过叶片上的通道将水分输送到根部。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滴到植物的底部。
布尚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的——尽管更大的——系统，让人类从夜间的雾或冷凝中抽水。他们开始研究不同表面可能收集水的方式，以及哪些表面可能是最有效的。使用3D打印机，他们建造带有凸起和倒刺的表面，然后使用商业加湿器创建封闭的、有雾的环境，以查看哪个系统收集的水最多。他们发现，圆锥形比圆柱形能收集更多的水分——“考虑到我们对仙人掌的了解，这是有道理的，”布尚说。他说，发生这种情况的原因是一种叫做拉普拉斯压力梯度的物理现象。水在圆锥的顶端聚集，然后沿着圆锥的斜坡流到底部，那里有一个蓄水池在等着。
布山说，沟槽状的表面比非沟槽状的表面移动水的速度更快——“回想起来，这似乎很明显，因为我们对草的了解。”在研究小组的实验中，凹槽表面的吸水量是未凹槽表面的两倍.圆锥体的材料也很重要。亲水表面——那些允许水聚集而不是吸收水的表面——聚集了最多的水。布山解释说:“甲虫的表面物质是不均匀的，亲水性斑点被疏水性区域包围，这使得水更容易流到甲虫的嘴里。”研究小组还对一种包括多个锥细胞的结构进行了实验，他们发现，当水滴能够在相隔一到两毫米的锥细胞之间凝聚时，就会积累更多的水。布尚说，研究小组正在继续这些实验。
到目前为止，这项工作只在实验室进行，但布尚设想这项工作将扩大规模，在沙漠中建造能够从雾或冷凝中收集水的建筑。他认为，这些水可以补充来自公共系统或水井的水，可以是逐户供水，也可以是全社区供水。
这种想法有先例可循:在世界各地，包括智利的阿塔卡马沙漠，大型渔网从雾中收集水，并将其收集到水库中供农民和其他人使用。布尚认为，这些网可能不是最有效的利用空气中的水的方法。他说:“供水是一个极其重要的问题，特别是对世界上最干旱地区的人们来说。“通过使用生物启发技术，我们可以帮助解决为全球人民提供清洁水的挑战，以尽可能有效的方式。”
