Жуки и кактусы вдохновили исследователей на новый способ получения воды из воздуха

Люди могут жить в самых простых условиях и скромно питаться, но не выживут без чистой воды. А в местах, где ее не хватает, например в пустынях, чтобы обеспечить ее наличие, требуются технические и ирригационные навыки, которые зачастую слишком сложные и дорогостоящие.

«Чтобы ответить на вопрос о том, как можно добыть воду из окружающего воздуха, мы решили вдохновиться природой и посмотрели на создания, которым это уже под силу: кактусы, жуки и пустынные травы. Например, материал, из которого состоит поверхность жука, неоднороден, имеет много гидрофильных участков, которые, в свою очередь, окружены гидрофобными областями, что облегчает насекомому процесс получения воды», — объясняет сотрудник Университета штата Огайо и один из авторов исследования Бхарат Бхушан (Bharat Bhushan). Сама работа опубликована в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society.

Все кактусы, жуки и пустынные травы добывают воду из ночного тумана, собирая капли из воздуха, отправляя их к корням и обеспечивая тем самым достаточное для выживания количество влаги. Капли воды накапливаются на влагоотталкивающих выступах на спине жука, а затем перетекают в его ротовую полость по плоской поверхности между ними. Пустынные травы собирают воду на своих кончиках, а затем направляют ее к своим корневым системам через каналы в каждой травинке. Кактус же собирает воду с помощью своих колючек, а потом отправляет капли вниз по коническим шипам к своему основанию. Изучив эти механизмы, команда Бхушана занялась созданием подобной, хоть и более крупной системы, которая позволила бы людям добывать воду из ночного тумана или конденсата.

Этот процесс они начали с изучения наиболее эффективных материалов для сбора воды. На 3D-принтерах исследователи напечатали поверхности с неровностями и выступами, а затем, используя обычный увлажнитель, создавали замкнутые туманные среды и выяснили, что конические формы собирают больше воды, чем цилиндрические. Причиной, по мнению Бхушана, может служить физическое явление, называемое градиентом давления Лапласа, используемое кактусом: вода собирается на кончике конуса, а затем стекает вниз по склону конуса ко дну, где собирается в резервуаре. Рифленые поверхности перемещают воду быстрее, чем плоские, — это мы уже знаем, изучив строение травы. В экспериментах исследовательской группы рифленые поверхности с гидрофобными выступами собирали примерно вдвое больше воды, чем обычные.

Группа ученых также тестировала систему, которая состояла из нескольких конусов, определив минимальное необходимое расстояние между ними для достижения лучшего результата — от одного до двух миллиметров. По словам Бхушана, команда продолжает эксперименты и планирует вывести работу из лабораторий в реальный мир, соорудив в пустыне устройства, способные собирать воду из тумана или конденсата. Эта вода, по его мнению, могла бы стать отличным дополнением к воде из общественных систем или колодцев, полезной для всего сообщества. Прецедент уже существует: в некоторых регионах, в том числе в чилийской пустыне Атакама, уже ведется процесс добычи воды из тумана — собирают ее в резервуарах для фермеров. Однако Бхушан считает эти системы не самым эффективным способом сбора воды из воздуха.

«Водоснабжение — критически важная проблема для человечества, особенно для людей, которые живут в самых засушливых районах мира. Используя биоиндуцированные технологии, наши исследования могут помочь решить проблему обеспечения людей по всему миру чистой водой наиболее эффективным способом», — утверждает ученый.