Frank Herbert在其1965年的科幻小說(shuō)“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」ぞ撸糜趶拇髿庵刑崛∷忠跃S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?yàn)樗谡舭l(fā)過(guò)程中被凈化，而且它也存在于非常干燥的地方。事實(shí)上，許多植物和動(dòng)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(guò)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(kù)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(duì)設(shè)計(jì)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(shí)，錐體比圓柱體收集更多的水，“考慮到我們對(duì)仙人掌的了解，這是有道理的，”Bhushan解釋說(shuō)，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(lái)，這看起來(lái)很明顯，因?yàn)槲覀儗?duì)草的了解，”Bhushan評(píng)論道。表面材料也會(huì)影響集水，正如Bhushan所說(shuō)，“甲蟲的表面材料是異質(zhì)的，親水點(diǎn)被疏水區(qū)域包圍，這使得水更容易流到甲蟲的嘴里。”錐體和凸起的間距是相關(guān)的同樣。
“供水是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題，特別是對(duì)世界上最干旱地區(qū)的人們而言，”Bhushan說(shuō)。 “通過(guò)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)。”3D打印是這項(xiàng)研究的絕佳工具，因?yàn)樗梢钥焖俸徒?jīng)濟(jì)實(shí)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(huì)的哲學(xué)交易”雜志上。
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