Mensen kunnen rondkomen in de meest basale schuilplaatsen, kunnen een maaltijd samenstellen uit de meest bescheiden ingrediënten. Maar we kunnen niet zonder schoon water. En op plaatsen waar water schaars is - de woestijnen van de wereld, bijvoorbeeld:om mensen water te krijgen, zijn technische hoogstandjes en irrigatie nodig die omslachtig en duur kunnen zijn.

Een paar nieuwe studies van onderzoekers van de Ohio State University bieden een mogelijke oplossing, geïnspireerd door de natuur.

"We dachten:'Hoe kunnen we water uit de omgevingslucht om ons heen halen?'", zei Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar en Howard D. Winbigler hoogleraar werktuigbouwkunde aan de staat Ohio. "En dus, we keken naar de dingen in de natuur die dat al doen:de cactus, de kever, woestijngras."

Hun bevindingen werden op 24 december gepubliceerd in het tijdschrift Filosofische transacties van de Royal Society . De werken waren co-auteur met Ohio State Ph.D. student Dev Gurera en met Ohio State technisch onderzoeker Dong Song.

Bhushan's werk richt zich op het vinden van door de natuur geïnspireerde oplossingen voor maatschappelijke problemen. In dit geval, zijn onderzoeksteam keek naar de woestijn om leven te vinden dat overleeft ondanks beperkte toegang tot water.

de cactus, kever- en woestijngrassen verzamelen allemaal water dat gecondenseerd is door nachtelijke mist, druppeltjes uit de lucht verzamelen en naar wortels of reservoirs filteren, zorgen voor voldoende hydratatie om te overleven.

Druppels water verzamelen zich op wax-vrij, waterafstotende bultjes op de rug van een kever, schuif dan in de richting van de mond van de kever op het vlakke oppervlak tussen de hobbels. Woestijngrassen verzamelen water aan hun uiteinden, kanaliseer vervolgens het water naar hun wortelstelsel via kanalen in elk blad. Een cactus verzamelt water op zijn punten met weerhaken voordat hij druppeltjes langs kegelvormige stekels naar de basis van de plant leidt.

Het team van Bhushan bestudeerde elk van deze levende wezens en realiseerde zich dat ze een soortgelijk - zij het groter - systeem konden bouwen om mensen in staat te stellen water te halen uit nachtelijke mist of condensatie.

Ze begonnen de manieren te bestuderen waarop verschillende oppervlakken water kunnen verzamelen, en welke oppervlakken het meest efficiënt zijn. Met behulp van 3D-printers, ze bouwden oppervlakken met stoten en weerhaken, vervolgens gemaakt ingesloten, mistige omgevingen met behulp van een commerciële luchtbevochtiger om te zien welk systeem het meeste water verzamelde.

Ze leerden dat conische vormen meer water verzamelen dan cilindrische vormen - "wat logisch was, gegeven wat we weten over de cactus, " zei Bhushan. De reden dat dat gebeurt, hij zei, is vanwege een natuurkundig fenomeen dat de Laplace-drukgradiënt wordt genoemd. Water verzamelt zich aan de punt van de kegel, stroomt dan langs de helling van de kegel naar de bodem, waar een reservoir wacht.

Gegroefde oppervlakken verplaatsten water sneller dan ongegroefde oppervlakken - "wat achteraf duidelijk lijkt, door wat we weten over gras, " zei Bhushan. In de experimenten van het onderzoeksteam, gegroefde oppervlakken verzamelden ongeveer twee keer zoveel water als niet-gegroefde oppervlakken.

De materialen waarvan de kegels waren gemaakt, deden ertoe, te. Hydrofobe oppervlakken - die waardoor water kon parelen in plaats van het te absorberen - verzamelden het meeste water.

"Het oppervlaktemateriaal van de kever is heterogeen, met hydrofiele plekken omgeven door hydrofobe gebieden, waardoor het water gemakkelijker naar de bek van de kever kan stromen, ' legde Bhushan uit.

Het onderzoeksteam experimenteerde ook met een structuur met meerdere kegels, en ontdekte dat er meer water verzamelde wanneer waterdruppels konden samenvloeien tussen kegels die een of twee millimeter uit elkaar lagen. Het team zet die experimenten voort, zei Bhushan.

Het werk tot nu toe is alleen op laboratoriumniveau gedaan, maar Bhushan ziet het werk opgeschaald, met structuren in de woestijn die water konden verzamelen uit mist of condensatie. dat water, hij denkt, zou water uit openbare systemen of putten kunnen aanvullen, hetzij per huis, of op een gemeenschapsbrede basis.

Er is een precedent voor het idee:in gebieden over de hele wereld, waaronder de Atacama-woestijn in Chili, grote netten vangen water uit de mist op en verzamelen het in reservoirs die boeren en anderen kunnen gebruiken. Die netten zijn misschien niet de meest efficiënte manier om water uit de lucht te halen, Bhushan gelooft.

"Watervoorziening is van cruciaal belang, vooral voor mensen in de meest droge delen van de wereld, "Bhushan zei. "Door bio-geïnspireerde technologieën te gebruiken, we kunnen helpen de uitdaging aan te gaan om mensen over de hele wereld van schoon water te voorzien, op een zo efficiënt mogelijke manier.”