想在沙漠里喝上水?跟这些生物请教下吧!

沙漠中的仙人掌。

在极端条件下,人类为了生存可以吃得很简陋,但是却不能没有洁净的水源。在诸如沙漠等水资源匮乏的地方,如果要向人们供水,需要高超的工程灌溉技术,但是这些技术既繁琐又昂贵。美国俄亥俄州立大学(Ohio State University)机械工程杰出教授巴拉特·布尚(Bharat Bhushan)一直致力于在自然界中寻求解决社会问题的灵感与方案。

据英国皇家学会旗下的《哲学汇刊》(Philosophical Transactions of the Royal Society)12月24日刊发的一篇研究论文称,布尚教授带领该校博士生德夫·古莱拉(Dev Gurera)和研究员Dong Song将目光瞄准了在沙漠中水源有限的条件下仍能顽强生存的动植物——仙人掌、甲虫和沙漠牧草,以期解决沙漠里的水源问题。这些生物的共同点是,都能收集吸收夜间雾气中凝结的水:先从空气中收集水滴,再经过过滤传输到植物根部或蓄水池中,从而为自身的生存提供足够的水合作用。

对于甲虫而言,其背上不含蜡的防水凸起物聚集的小水珠能够通过凸起物之间的平整表面滑入甲虫的口中;沙漠牧草在叶片顶端收集水分,然后通过叶片上的通道将水分输送到根部;仙人掌在利用其刺尖收集水分后,引导水滴沿着圆锥形的刺滴到植物的底部。

布尚的团队分别研究了这三种生物,并意识到他们可以建立一个类似的、但是规模更大的系统,让人类能够从夜间雾气或冷凝过程中抽取水分。他们研究了不同物体表面收集水分的可能方式,并试图找出哪些表面是最有效的。他们利用3d打印机打造出具有凸起物和倒刺的表面,然后使用商用加湿器营造出一个密闭的有雾环境,看看哪个系统收集的水分最多。

实验结果表明,圆锥形的物体要比圆柱形的物体能够聚集更多的水分,有凹槽的表面比没有凹槽的表面让水分流动的更快,以及亲水表面——那些允许水聚集而不是吸收水分的表面——能够聚集最多的水分。另外,研究小组还对一个多锥结构进行了实验,发现当水滴能够在相距1~2毫米的锥间凝聚时,能够积聚更多的水分。

到目前为止,这项研究还仅限于实验室,但布尚预见其规模的扩大势在必然,最终让人类能够在沙漠中建造能够从雾气或冷凝过程中收集水分的建筑。他设想,所获得的水分可以补充公共系统或水井的供水量,具体方式可以是逐户供应,也可以是为一整个社区供水。

布尚评价道:“水源供应是一个极其重要的问题,特别是对世界上最干旱地区的人们来说。通过仿生学技术,我们可以帮助迎接并成功解决这一挑战,实现向世界各地的人民以尽可能高效的方式提供清洁水源。”

编译:Jonathan

审稿:三水

责编:南熙