جمع‌آوری آب پاک از هوا با الهام از طبیعت

فکر کردیم چطور می‌توانیم از این همه هوایی که در اطراف ما وجود دارد،‌ آب تهیه کنیم. در عین حال،‌ مواردی در طبیعت نظیر کاکتوس‌ها، سوسک‌ها و گیاهان بیابانی را بررسی کردیم که همین کار را انجام می‌دهند.

تمرکز این دانشمندان، به‌طور‌کلی به پیدا کردن راهکاری برای مشکلات اجتماعی، با الهام از طبیعت معطوف شده بود. در این مورد هم تیم پژوهشی، به بررسی بیابان‌ها پرداختند تا بتوانند اثری از حیات را در جایی پیدا کنند که دسترسی به آب بسیار محدود است. کاکتوس‌ها، سوسک‌ها و گیاهان بیابانی، آب مورد نیاز خود را از مه شبانه به‌دست می‌آورند؛ آن‌ها قطرات آب را از هوا جمع‌آوری کرده و آن را برای ریشه یا محل ذخیره آب خود تصفیه می‌کنند و با همین مقدار آب می‌توانند به حیات خود ادامه دهند.

قطرات آب روی برآمدگی‌های پشت سوسک جمع می‌شود و بعد به سمت دهان او سر می‌خورد. گیاهان بیابان نیز آب را ازطریق نوک تیغ‌های خود جمع‌ می‌کنند و بعد این آب از راه مسیرهای روی هر تیغ به سمت ریشه‌ها می‌برند. کاکتوس‌ها، آب را با نوک خاردار خود جمع‌آوری کرده و سپس قطرات آب را ازطریق بدنه‌ی مخروطی‌شان به سمت پایین گیاه هدایت می‌کنند.

جمع‌آوری آب پاک از هوا با الهام از طبیعت

این تیم پژوهشی هر یک از این موجودات زنده را بررسی کردند و دریافتند که می‌توانند سیستمی مشابه و البته بزرگ‌تر برای انسان بسازند که بتواند از مه شبانه و بخار متراکم، آب پاک به دست آورد. آن‌ها در مطالعات‌شان به‌دنبال سطوحی بودند که بتوان به کمک آن‌ آب را جمع‌آوری کرد و در نظر داشتند که ببینند کدام سطوح بیشترین کارآمدی را دارند. با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی، سطوحی با برآمدگی و خار ساختند و سپس با استفاده از یک مرطوب‌کننده تجاری،‌ محیط‌های محصور و مه‌آلود ایجاد کردند تا ببینند کدام سیستم می‌تواند بیشترین آب را جمع‌ کند.

آن‌ها در بررسی خود متوجه شدند که اشکال مخروطی در مقایسه‌با اشکال استوانه‌ای می‌توانند آب بیشتری جمع کنند. البته باتوجه‌به شکل کاکتوس‌ها، این نتیجه‌گیری منطقی به نظر می‌رسد. علت این موضوع، یک پدیده‌ی فیزیکی به‌نام شیب ‌«فشار لاپلاس» (Laplace pressure) است که در آن آب در نوک مخروط جمع می‌شود و بعد از شیب مخروط به سمت پایین حرکت می‌کند که محل ذخیره‌ی آب گیاه در آنجا قرار دارد. آب روی سطوح شیاردار سریع‌تر از سطوح بدون شیار جریان می‌یابد؛ در این تحقیق نیز مشخص شد که سرعت انتقال آب در سطوح شیاردار دوبرابر سطوح بدون شیار است. مواد تشکیل‌دهنده‌ی این مخروط‌ها نیز حائز اهمیت بود؛ درواقع سطوح هیدروفیلیک (که به‌جای جذب آب، امکان جمع شدن آب را می‌دهد) بیشترین میزان آب را جمع‌آوری کردند.

مواد روی سطح سوسک، ناهمگن است و شامل نقاط هدیروفیلی  (آب‌‌دوست) می‌شود که اطرافش را بخش‌های هیدروفوبیک (آب‌گریز) احاطه کرده است؛ به این ترتیب آب می‌تواند به‌راحتی به سمت دهان سوسک حرکت کند.

جمع‌آوری آب پاک از هوا با الهام از طبیعت

این تیم پژوهشی همچنین به بررسی ساختاری متشکل از چند مخروط پرداختند و فهمیدند زمانی‌که قطرات آب بین مخروط‌هایی به‌هم می‌رسند که یک یا دو میلی‌متر با هم فاصله دارند، آب بیشتری جمع‌ می‌شود. این آزمایش هم‌اکنون فقط در سطح آزمایشگاه انجام شده است، اما تیم پژوهشی پیش‌بینی می‌کند که با قرار دادن چنین ساختارهایی در بیابان می‌توان آب بیشتری از مه یا بخار آب به دست آورد. این آب می‌تواند مکمل سیستم‌های عمومی آب‌رسانی یا چاه‌های آب در خانه‌ها یا کل جامعه شود.

نمونه‌های مشابه این ایده نیز در دنیا وجود دارد؛ به‌عنوان مثال در بیابان آتاکاما در شیلی، شبکه‌های بزرگی قرار دارد که به جمع‌آوری آب از مه می‌پردازد و آن را برای استفاده کشاورزان و دیگران، در یک مخزن ذخیره می‌کند. بااین‌حال یکی از پژوهشگران این تیم تحقیقانی معتقد است این شبکه‌ها شاید جزو کارآمدترین روش‌ها برای جمع کردن آب از هوا نباشد.

تأمین آب مسئله‌ی بسیار مهمی است، به‌خصوص برای مردمی که در مناطق خشک دنیا زندگی می‌کنند. با استفاده از فناوری‌هایی که با الهام از طبیعت به وجود آمده‌اند، می‌توان با بهترین روش ممکن به چالش تهیه آب پاک رفت.