Un team di ricercatori dell'Università del Texas a Dallas e Penn State University ha sviluppato una superficie che può rapidamente raccogliere le molecole d'acqua dalla nebbia e dal vapore dell'aria e dirigerle verso un serbatoio lungo microgroove lubrificati.

I ricercatori hanno tratto ispirazione per la progettazione della loro "superficie scivolosa direzionale idrofila", o SRS, dal processo mediante il quale organismi viventi come coleotteri del deserto, piante di brocca e foglie di riso raccolgono e dirigono l'acqua in modo naturale.

"I processi esistenti per la creazione di acqua dolce, come la desalinizzazione, si basano sulla transizione dal vapore all'acqua" Simon Dai, assistente professore di ingegneria meccanica presso la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science di UT Dallas, ha detto in una nota. "Volevamo creare una superficie in grado di catturare e dirigere le goccioline d'acqua in modo efficiente."

Lo studio completo è pubblicato sulla rivista Anticipi Scienza.

L'ispirazione

Nel progettare la loro tecnologia, i ricercatori hanno esaminato alcune delle migliori tecniche di raccolta dell'acqua in natura.

In particolare, hanno osservato superfici idrofile sui gusci di alcuni coleotteri del deserto e su piante di brocca e foglie di riso.

"I coleotteri del deserto usavano urti idrofili per assorbire le goccioline d'acqua dalle nebbie e usavano anche cere idrofobe a motivi geometrici per rimuovere quelle gocce da bere", ha detto Dai.

Mentre gli urti idrofili sugli scarabei del deserto dimostrano come raccogliere e combinare le goccioline d'acqua dall'aria, le superfici scivolose delle piante di brocca e le minuscole scanalature direzionali sulle foglie di riso dimostrano come dirigere rapidamente le goccioline d'acqua verso un serbatoio.

La combinazione di questi disegni naturali crea una superficie in grado di catturare e dirigere le gocce d'acqua in modo efficiente.

La seconda parte - dirigere le goccioline d'acqua - è fondamentale perché garantisce che l'acqua non venga persa per evaporazione durante il processo di raccolta.

"Abbiamo scoperto che gli scarafaggi del deserto non possono utilizzare completamente la superficie perché i domini idrofobici non sono buoni", ha detto Dai. "Pertanto, abbiamo sviluppato una superficie che può essere pienamente utilizzata per la cattura dell'acqua, e nel frattempo può rimuovere rapidamente l'acqua raccolta, quindi abbiamo bisogno di una superficie idrofila e scivolosa".

La tecnologia

I ricercatori hanno costruito una superficie e strutture incise e nano-dimensionali in essa. Hanno quindi rivestito la superficie con un lubrificante liquido idrofilo.

"Abbiamo scoperto attraverso le simulazioni che le molecole che attraggono gruppi idrici o idrossi funzionali sono le più efficienti nell'acquisire goccioline d'acqua" Steven Nielsen, professore associato presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'UT Dallas e coautore dello studio, ha dichiarato in una nota. "Ecco perché abbiamo usato il lubrificante idrofilo."

I ricercatori dovevano assicurarsi che, una volta applicato sulla superficie, il lubrificante venisse mantenuto in modo uniforme e che non si mescolasse con l'acqua.

Il lubrificante ha un duplice scopo attirando l'acqua e creando una superficie scivolosa, così le gocce d'acqua che si formano possono facilmente muoversi verso il basso e combinarsi per formare goccioline più grandi.

"Abbiamo infuso le nostre superfici ruvide direzionali con un lubrificante liquido idrofilo che è molecolarmente mobile, in modo che possa aiutare l'acqua raccolta a trasformarsi in gocce più grandi", ha detto Dai in una nota. "Inoltre, il materiale è scalabile. A differenza delle superfici di ispirazione beetle in cui la creazione di gocce d'acqua si verifica solo in aree specifiche, possiamo creare superfici piccole o grandi, tutte con la capacità di intrappolare e spostare l'acqua rapidamente ovunque sulla superficie. "

La combinazione di solchi direzionali e la superficie scivolosa idrofilica si è rivelata più efficace nel catturare e dirigere le goccioline d'acqua rispetto alle superfici comparabili.

Le superfici idrofiliche o che attraggono l'acqua, come la SRS, possono essere utilizzate per una serie di scopi e industrie, come l'aria condizionata, la condensazione a goccia per la generazione di energia e la desalinizzazione e la raccolta dell'acqua nelle regioni aride.

Cosa c'è di nuovo?

I ricercatori hanno già depositato un brevetto sullo SRS e, mentre proseguono, continueranno a cercare modi per migliorarlo per l'applicazione nel mondo reale.

"Abbiamo in programma di produrre SRS su scala più ampia", ha affermato Dai. "La ricerca futura del nostro gruppo comprende lo sviluppo di un materiale durevole per la raccolta dell'acqua in condizioni di bassa umidità."