3D打印露水收集器将水从沙漠空气中吸出

2019-01-08 15:54

Frank Herbert在其1965年的科幻小说“沙丘”中设想了塑料露水收集器，它们是沙漠星球Arrakis的当地人使用的小工具，用于从大气中提取水分以维持其农业。

今天，人类在我们的沙漠中使用类似的系统做同样的事情，例如智利阿塔卡马沙漠中使用的巨型网络为农民从雾中收集水。露水是一种理想的水源，因为它在蒸发过程中被净化，而且它也存在于非常干燥的地方。事实上，许多植物和动物从空中收集露水，这就是为什么俄亥俄州立大学的Bharat Bhushan决定在沙漠中寻找灵感的原因。

Bhushan是俄亥俄州杰出学者和俄亥俄州机械工程教授Howard D. Winbigler认为：“我们如何从周围的空气中收集水？我们看着自然界已经做过的事情：仙人掌，甲虫，沙漠草。”

所有这些生命形式从夜间雾中收集水分，使用不同的几何形状吸取微小的水滴并将它们引导到水库和根部。甲虫背上有防水的凸起，可以收集水滴；凸起之间的平坦表面允许水流到甲虫的嘴里。沙漠草的尖端收集水滴，然后从直通道落到根部。仙人掌在其倒钩的尖端上收集水，然后将水从锥形刺中引导到仙人掌的底部。

因此，研究团队设计并3D打印了具有凸起，倒钩和通道的不同表面，并将它们放置在由商业加湿器产生的模拟雾的封闭环境中。他们的观察结果证实，锥体比圆柱体收集更多的水，“考虑到我们对仙人掌的了解，这是有道理的，”Bhushan解释说，“参考拉普拉斯压力梯度的物理现象。凹凸不平的表面聚集了两倍于未开槽表面的水，回想起来，这看起来很明显，因为我们对草的了解。”Bhushan评论道。

表面材料也会影响集水，正如Bhushan所说，“甲虫的表面材料是异质的，亲水点被疏水区域包围，这使得水更容易流到甲虫的嘴里。”锥体和凸起的间距是相关的同样。

“供水是一个至关重要的问题，特别是对世界上最干旱地区的人们而言，”Bhushan说。“通过使用生物启发的3D打印露水收集器，我们可以尽可能有效地帮助解决向全球人们提供洁净水的挑战。3D打印是这项研究的绝佳工具，因为它可以快速和经济实惠地生产不同材料的不同几何形状。”

他们的研究结果发表在“皇家学会的哲学交易”杂志上。