거미줄에서 영감을 받아 과학자들이 공기에서 물을 수확합니다.

Jul 11, 2023

Bearcreative/iStock

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거미줄과 딱정벌레에서 영감을 받아 과학자들은 수증기를 포착하여 액체로 전환함으로써 희박한 공기에서 물을 수확하는 효율적인 방법을 고안했습니다.

이는 월요일에 발표된 워털루 대학교의 보도 자료에 따른 것입니다.

연구자들은 이제 그들의 발명품이 세계의 담수 부족 문제를 해결하고 강, 호수, 지하수 및 바다에서 수집된 물에 대한 실행 가능한 대안을 제공할 수 있기를 바라고 있습니다.

이 연구는 워털루대학교의 Michael Tam 교수와 그의 박사과정 학생인 Yi Wang과 Weinan Zhao가 주도했습니다. 중장비나 복잡한 공정을 사용하지 않고 자연 환경에서 지속적으로 수분을 포착하는 넓은 표면적을 가진 스폰지 또는 막으로 구성됩니다.

발명의 아이디어는 거미줄과 딱정벌레에서 나왔습니다.

“거미줄은 공학적 경이로움입니다.”라고 기능성 콜로이드 및 지속 가능한 나노물질 분야의 대학 연구 학과장인 Tam이 말했습니다. “물은 웹을 통해 효율적으로 포획됩니다. 거미는 공기 중의 수분을 가둬두기 때문에 물을 마시러 강에 갈 필요가 없습니다.”

유사한 과정을 사용하여 나미브 사막 딱정벌레는 바람에 몸을 기울여 질감이 있는 방탄복으로 안개 속의 물방울을 포착함으로써 얇은 공기에서 물을 생성합니다. 이렇게 하면 수분이 축적되어 입에 떨어지게 됩니다.”

새로운 장치를 발명하기 위해 연구원들은 생체 모방 표면 공학이라는 프로세스를 사용했습니다. 그들은 셀룰로오스로 안정화된 왁스 에멀젼을 사용하여 작은 물방울을 끌어당기는 동시에 큰 물방울을 신속하고 효율적으로 방출하는 표면을 구성함으로써 딱정벌레의 독특한 표면 구조를 본질적으로 재현했습니다.

더 나아가, 본 발명은 순 제로 탄소 재료(천연 및 식물 기반 재료)를 사용하여 결과 기술이 지속 가능함을 보장합니다. 이러한 도구는 계면 과학과 나노기술의 힘을 활용하여 거의 마술처럼 물방울을 포착하고 밀어냅니다.

연구원의 발명품은 최소한의 에너지를 사용하여 공기 중의 물을 포착하여 효율적으로 제습합니다. 이 솔루션은 저렴하고 에너지 효율적이며 환경 친화적이기 때문에 연구진은 현재 공정 규모를 확대하는 방법을 모색하고 있습니다.

허공에서 물이 생산되는 현상은 이번이 처음은 아니다.

4월 22일, Interesting Engineering은 공기로부터 깨끗한 식수를 공급하기 위해 태양 에너지를 활용하는 수력 패널을 생산하는 SOURCE Global이라는 회사에 대해 보도했습니다.

회사의 온보드 물 저장소는 건물의 식수 탭에 직접 편리하게 배치할 수도 있으며 솔루션은 물을 처리하여 맛을 향상시킵니다.

"소녀와 여성은 매일 평균 2억 시간을 물을 모으는 데 소비합니다. 그것이 우리 회사의 주된 동기였습니다. 여성이 더 이상 물을 길을 필요가 없어야 한다는 것입니다. 이는 Cody Friesen(설립자)이 수돗물을 사용하는 방법을 찾는 데 영감을 주었습니다. SOURCE Global의 미국 직접 판매 관리자인 Thomas Borns는 당시 비디오 인터뷰에서 IE에 이렇게 말했습니다.

주변 공기에는 우리가 생존하는 데 필요한 모든 것이 들어있을 수 있습니까? 이 발명품은 약간의 독창성으로 수증기가 먼 길을 갈 수 있다는 것을 확실히 보여줍니다!

이 연구는 Nature Water에 게재되었습니다.

연구 개요:

기후 변화로 인해 담수 부족이 세계적인 문제로 대두되고 있으며, 이로 인해 전천후 물 수확 기술의 개발이 촉진되고 있습니다. 물 포집/방출 동작을 맞춤화하기 위해 표면 특성을 조절하는 최근의 발전으로 인해 안개/이슬 수확, 수분 수확 및 태양열 증발과 같은 물 수확 응용 분야에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이 리뷰는 다양한 물 수확 시스템에서 물방울의 행동을 조정하기 위한 표면 설계 및 활성 구성 요소 조작에 대한 개요를 제공합니다. 자연에서 영감을 받아 다양한 곤충과 식물이 물 수요를 관리하기 위해 사용하는 표면 습윤성, 구조 및 구성에 대한 중요한 조사를 제시합니다. 우리는 물방울 핵생성, 성장 및 제거, 증기 흡착-탈착 및 증발과 같은 물 수확의 주요 프로세스를 발전시키기 위해 원하는 표면 특성과 전략을 개발하는 최신 진행 상황을 요약합니다. 기초 연구와 실제 구현을 모두 포괄하는 지속 가능한 물 수확 시스템을 더욱 개발하기 위한 과제와 기회가 강조됩니다.