Pequeñas estructuras inspiradas en la forma de las espinas de cactus permiten que un material recién creado recolecte agua potable del aire tanto de día como de noche. combinando dos tecnologías de captación de agua en una.

El material, una membrana de hidrogel de microarquitectura (más sobre eso más adelante), puede producir agua a través de la generación solar de vapor-agua y la recolección de niebla, dos procesos independientes que generalmente requieren dos dispositivos separados. Se publicó un artículo sobre el material en Comunicaciones de la naturaleza el 14 de mayo.

La colección de niebla es exactamente lo que parece. Por la noche, Las nubes bajas a lo largo de las costas marinas están llenas de gotas de agua. Los dispositivos que pueden fusionarse y recolectar esas gotas pueden convertir la niebla en agua potable.

La generación de vapor solar es otra técnica de recolección de agua. Funciona especialmente bien en zonas costeras porque también es capaz de purificar el agua, aunque funciona durante el día en lugar de por la noche. En el método, el calor del sol hace que el agua se evapore en vapor, que hace que el agua se evapore en vapor, que se puede condensar en agua potable.

Debido a que las dos tecnologías operan en condiciones tan diferentes, normalmente requieren diferentes materiales y dispositivos para que funcionen. Ahora, un material desarrollado en Caltech podría combinarlos en un solo dispositivo, trabajando para generar agua limpia las 24 horas del día.

"La escasez de agua es un gran problema que la humanidad deberá superar a medida que la población mundial sigue creciendo, "dice Julia R. Greer, el profesor Ruben F. y Donna Mettler de Ciencia de los Materiales, Mecánica e Ingeniería Médica y Directora de la Fundación Fletcher Jones del Instituto Kavli de Nanociencia. "El agua cubre las tres cuartas partes del mundo, pero sólo alrededor de la mitad del uno por ciento es agua dulce disponible ".

Greer ha dedicado su carrera a desarrollar materiales de micro y nanoarquitectura; es decir, materiales cuyas mismas formas (controladas en cada escala de longitud, nanoscópicos y microscópicos) les confieren propiedades inusuales y potencialmente útiles. En este caso, Greer colaboró ​​con Ye Shi, anteriormente becario postdoctoral en Caltech y ahora becario postdoctoral en UCLA, para crear una membrana de espinas diminutas dispuestas que se asemejan a los árboles de Navidad, pero que de hecho están inspiradas en la forma de las espinas de los cactus.

"Los cactus están especialmente adaptados para sobrevivir a climas secos, "Shi dice". En nuestro caso, estas espinas, que llamamos 'microárboles, "atraer gotas microscópicas de agua que están suspendidas en el aire, permitiéndoles deslizarse por la base de la columna vertebral y fusionarse con otras gotas en gotas relativamente pesadas que eventualmente convergen en un depósito de agua que se puede utilizar ".

Las espinas están hechas de hidrogel; es decir, una red de polímeros hidrófilos (amantes del agua) que atraen el agua de forma natural. Debido a su pequeño tamaño, se pueden imprimir en una membrana fina como una oblea. Durante el día, la membrana de hidrogel absorbe la luz solar para calentar el agua atrapada debajo de ella, que se convierte en vapor. El vapor luego se vuelve a condensar en una cubierta transparente, donde se puede recolectar. Durante la noche, la cubierta transparente se pliega y la membrana de hidrogel se expone al aire húmedo para capturar la niebla. Como tal, el material puede recolectar agua tanto del vapor como de la niebla.

En una prueba de funcionamiento realizada durante la noche, las muestras de los materiales con un área de entre 55 y 125 centímetros cuadrados pudieron recolectar alrededor de 35 mililitros de agua de la niebla. En pruebas durante el día, el material fue capaz de recolectar alrededor de 125 mililitros del vapor solar.

El diseño exacto de la membrana se creó utilizando el programa de diseño SolidWorks.

El hidrogel en sí es un gel compuesto de alcohol polivinílico / polipirrol (PVA / PPy), un material no tóxico y flexible utilizado en numerosas aplicaciones, incluso en condensadores, sensores de tensión y temperatura portátiles, y pilas.

Para perfeccionar el diseño de los microárboles, Greer y Shi trabajaron con Harry Atwater de Caltech, Profesor Howard Hughes de Física Aplicada y Ciencia de Materiales; y Ognjen Ilic, anteriormente fue un becario postdoctoral en Caltech y ahora Benjamin Mayhugh Profesor Asistente de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Minnesota.

Usando modelado por computadora, Ilic calculó la distribución de calor dentro de los microárboles para ayudar a definir el tamaño y la forma que serían más efectivos para extraer agua del aire. Con esta exitosa prueba de concepto, el equipo ahora espera encontrar un socio privado capaz de comercializar la tecnología para regiones con escasez de agua.

"Es realmente inspirador que una membrana de polímero hidrófilo relativamente simple se pueda moldear con una morfología que se asemeja a las espinas de cactus y sea capaz de mejorar enormemente la recolección de agua. Supongo que la evolución realmente funciona, "Dice Greer.

los Comunicaciones de la naturaleza El artículo se titula "Recolección de agua dulce durante todo el día mediante membranas de hidrogel microestructuradas".