Frank Herbert在其1965年的科幻小說“沙丘”中設(shè)想了塑料露水收集器,它們是沙漠星球Arrakis的當(dāng)?shù)厝耸褂玫男」ぞ?,用于從大氣中提取水分以維持其農(nóng)業(yè)。今天,人類在我們的沙漠中使用類似的系統(tǒng)做同樣的事情,例如智利阿塔卡馬沙漠中使用的巨型網(wǎng)絡(luò)為農(nóng)民從霧中收集水。露水是一種理想的水源,因為它在蒸發(fā)過程中被凈化,而且它也存在于非常干燥的地方。事實上,許多植物和動物從空中收集露水,這就是為什么俄亥俄州立大學(xué)的Bharat Bhushan決定在沙漠中尋找靈感的原因。
Bhushan是俄亥俄州杰出學(xué)者和俄亥俄州機(jī)械工程教授Howard D. Winbigler認(rèn)為:“我們?nèi)绾螐闹車目諝庵惺占?我們看著自然界已經(jīng)做過的事情:仙人掌,甲蟲,沙漠草。”
所有這些生命形式從夜間霧中收集水分,使用不同的幾何形狀吸取微小的水滴并將它們引導(dǎo)到水庫和根部。甲蟲背上有防水的凸起,可以收集水滴;凸起之間的平坦表面允許水流到甲蟲的嘴里。沙漠草的尖端收集水滴,然后從直通道落到根部。仙人掌在其倒鉤的尖端上收集水,然后將水從錐形刺中引導(dǎo)到仙人掌的底部。
因此,研究團(tuán)隊設(shè)計并3D打印了具有凸起,倒鉤和通道的不同表面,并將它們放置在由商業(yè)加濕器產(chǎn)生的模擬霧的封閉環(huán)境中。他們的觀察結(jié)果證實,錐體比圓柱體收集更多的水,“考慮到我們對仙人掌的了解,這是有道理的,”Bhushan解釋說,參考拉普拉斯壓力梯度的物理現(xiàn)象。凹凸不平的表面聚集了兩倍于未開槽表面的水,“回想起來,這看起來很明顯,因為我們對草的了解,”Bhushan評論道。表面材料也會影響集水,正如Bhushan所說,“甲蟲的表面材料是異質(zhì)的,親水點被疏水區(qū)域包圍,這使得水更容易流到甲蟲的嘴里?!卞F體和凸起的間距是相關(guān)的同樣。
“供水是一個至關(guān)重要的問題,特別是對世界上最干旱地區(qū)的人們而言,”Bhushan說。 “通過使用生物啟發(fā)的3D打印露水收集器,我們可以盡可能有效地幫助解決向全球人們提供潔凈水的挑戰(zhàn)?!?D打印是這項研究的絕佳工具,因為它可以快速和經(jīng)濟(jì)實惠地生產(chǎn)不同材料的不同幾何形狀。
他們的研究結(jié)果發(fā)表在“皇家學(xué)會的哲學(xué)交易”雜志上。
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