クモの巣からインスピレーションを受け、科学者が空気から水を採取

Jul 11, 2023

ベアクリエイティブ/iStock

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科学者たちは、クモの巣や甲虫からインスピレーションを得て、水蒸気を捕らえて液体に変えることで、薄い空気から水を採取する効率的な方法を考案しました。

これは月曜日に発表されたウォータールー大学のプレスリリースによるものです。

研究者らは現在、自分たちの発明が世界の淡水不足問題に対処し、川、湖、地下水、海洋から集めた水に代わる実行可能な代替手段を提供することを期待している。

この研究は、ウォータールー大学のマイケル・タム教授と博士課程の学生イー・ワン氏とウェイナン・チャオ氏が主導した。 これは、重機や複雑なプロセスを使用せずに、自然環境から継続的に水分を捕捉する大きな表面積を持つスポンジまたは膜で構成されています。

この発明のアイデアは、クモの巣と甲虫から生まれました。

「クモの巣は工学上の驚異です」と機能性コロイドと持続可能なナノ材料の分野で大学研究委員長を務めるタム氏は語った。 「水は網によって効率的に捕捉されます。 クモは空気中の湿気を閉じ込めるので、川に水を飲みに行く必要はありません。」

同様のプロセスを使用して、ナミブ砂漠の甲虫は「風に身を乗り出して霧の中の水滴をテクスチャード加工の鎧で捕まえることで、薄い空気から水を生成します。」 これにより、湿気が蓄積し、口の中に滴り落ちる可能性があります。」

新しいデバイスを発明するために、研究者らは生体模倣表面工学と呼ばれるプロセスを利用した。 彼らは、セルロースで安定化されたワックスエマルジョンを使用して、より小さな水滴を引きつけながらより大きな水滴を迅速かつ効率的に放出する表面を構築することにより、甲虫のユニークな表面構造を基本的に再現しました。

さらに良いことに、本発明は、ネットゼロカーボン材料（天然および植物ベースの材料）を使用して、得られる技術が持続可能であることを保証する。 これらのツールは、界面科学とナノテクノロジーの力を利用して、ほとんど魔法のように水滴を捕らえてはじきます。

研究者の発明は、最小限のエネルギーを使用して空気から水を捕らえ、効率的に除湿します。 このソリューションは安価でエネルギー効率が高く、環境に優しいため、研究者らは現在、プロセスの拡張を検討している。

薄い空気から水が生成される開発はこれが初めてではない。

22年4月、インタレストリング・エンジニアリングは、太陽エネルギーを利用して空気からきれいな飲料水を供給するハイドロパネルを製造するソース・グローバルという会社について報じた。

同社の船内貯水池は、建物の水道蛇口に直接設置することもでき、このソリューションで水を処理して味を向上させることができます。

「少女と女性は、水を集めるのに毎日平均 2 億時間を費​​やしています。これが当社の主な動機でした。女性はもう水を運ぶ必要がないのです。このことが、コディ・フリーセン（創設者）に水道水を汲む方法を探すきっかけを与えました」この無限の資源、つまり空気中の水蒸気を有効活用し、それを必要とする人々の手に届けましょう」とソース・グローバルの米国直販マネージャー、トーマス・ボーンズ氏は当時のビデオインタビューでIEに語った。

周囲の空気には、私たちが生きていくために必要なものがすべて含まれているのでしょうか? これらの発明は、少しの工夫で水蒸気が大いに役立つことを明らかに示しています。

この研究は『Nature Water』誌に掲載されています。

研究概要:

気候条件の変化により淡水不足が世界的な問題となっており、全天候型の水採取技術の開発が促進されています。 水の捕捉/放出挙動を調整するための表面特性の制御における最近の進歩により、霧/露の捕集、水分の捕集、太陽蒸発などの水の捕集用途に対する注目が高まっています。 このレビューでは、さまざまな水収集システムにおける水滴の挙動を調整するための表面の設計と活性成分の操作の概要を説明します。 自然からインスピレーションを得て、さまざまな昆虫や植物が水分要求を管理するために使用する表面の湿潤性、構造、組成に関する重要な調査を紹介します。 望ましい表面特性の開発における最新の進歩と、液滴の核形成、成長と除去、蒸気の吸着と脱着、蒸発などの水の採取における主要なプロセスを前進させるための戦略を要約します。 基礎研究と実用化の両方を含む、持続可能な水採取システムをさらに開発するための課題と機会が強調されています。