211service.com
Beetle Sluice
Med hjälp av en liten ökenbagge har MIT-forskare skapat en yta som kan samla upp vattendroppar från luften. Med mer utveckling skulle det kunna användas för att skörda dricksvatten i öknar eller rikta mikroskopiska mängder vätska i kemiska reaktioner, säger forskarna.
Stenocaras ojämna rygg förvandlar dimma till vatten. (Kredit: Andrew Parker)
Forskare har länge beundrat Stenocara skalbaggens sätt att överleva i Afrikas Namiböken, en av de torraste platserna på jorden. Vatten kommer till området bara en handfull gånger i månaden, i en fin havsdimma som blåser över öknen. För att utnyttja denna möjlighet utför skalbaggen huvudstående, säger Andrew Parker, zoolog vid Oxford University. På dimmiga morgnar sitter skalbaggen på en sanddyn, sänker huvudet och lutar ryggen mot vinden.
Skalbaggens rygg är täckt med stötar som är ungefär en halv millimeter i diameter. Som Parker och kollegor upptäckte 2001, är gupparna gjorda av ett material som attraherar vatten, medan de vaxartade kanalerna mellan dem stöter bort det. När vattendroppar blåser förbi, fastnar de på gupparna; så småningom smälter de samman till större droppar som bryter av och rullar ner på skalbaggens rygg, in i munnen.
Inspirerad av Parkers beskrivning i numret av den 1 november 2001 av Natur , MIT kemiteknikprofessor Robert Cohen och materialvetenskapsprofessor Michael Rubner utvecklade en yta som efterliknar skalbaggens rygg. Den är inbyggd i lager på en glasskiva. Det första lagret är en polymer som gör ytan porös; forskarna strö det med kiseldioxidnanopartiklar. Därefter täcker de hela bilden med en fluorerad kemikalie, vilket gör den vattenavvisande. Slutligen, för att replikera skalbaggens stötar, droppar de på vattenattraherande syramolekyler, som fäster vid nanopartiklarna och sticker upp ovanför ytan. Resultatet är mycket vattenattraherande fläckar på en mycket vattenavvisande yta. Den nya ytan samlar vatten mer effektivt än skalbaggens skal, säger Cohen. Han och Rubner beskriver sitt arbete i juni 2006 Nanobokstäver .
Forskarna applicerar nu ytan på flexibla material. De tror att mönstrade segel av tyg, om de hängs från hus eller stolpar i extremt torra områden som Namib, kan samla dimma för fina för att kunna fångas idag. I våta områden kan sådana segel också skörda vatten mer effektivt än de dimnät som används nu. Men hållbarheten är fortfarande ett problem; ytan skaver av tyget med tiden.
Ett brittiskt företag som heter QinetiQ, en av vars forskare var medförfattare till Parker's Natur papper, gör redan ett liknande material, som det testar i enheter som fångar och sparar vatten i vattenbaserade luftkonditioneringsenheter.
Frågan för MIT-forskarna och QinetiQ, säger Parker, är om den fläckiga beläggningen kan tillverkas billigt i stor skala. Cohen tror att det kan göras genom att använda bläckstrålar för att skriva ut de sura fläckarna. Om det fanns en drivkraft för att göra det kan jag tänka mig att processen skulle kunna skalas upp på lämpligt sätt, säger han.
Han tillägger att materialet kan ha användningsområden som inte kräver storskalig tillverkning. Diabilder tryckta med praktiskt taget vilket mönster som helst kunde skäras i små bitar och användas för att bygga mikrosensorer, säger han. Eller objektglas utformade för att hålla, sedan blanda, små droppar av kemikalier kan användas för att utföra reaktioner i mikroskala.
Cohen och Rubners arbete finansieras av U.S. Defense Advanced Research Projects Agency, som hoppas kunna utveckla en biocidal och självrengörande beläggning för militär utrustning. Stenocara -inspirerad teknik kan användas för att samla in och transportera bort deaktiverade biologiska föroreningar.