3Dプリントされた露収集器が砂漠の空気から水分を取り出す

3Dプリントされた露収集器が砂漠の空気から水分を取り出す

フランク・ハーバートは、1965年のSF小説『デューン』の中で、プラスチックの露収集器を、砂漠の惑星アラキスの原住民が農業を維持するために大気から水分を抽出するために使用する装置として描いた。
今日、人類は砂漠で同様のシステムを使用して同じことを行っています。たとえば、チリのアタカマ砂漠では、農民のために霧から水を集めるために巨大なネットワークが使用されています。露は蒸発時に浄化され、非常に乾燥した場所でも見つかるため、理想的な水源です。実際、多くの植物や動物は空気から露を集めます。そのため、オハイオ州立大学のバラト・ブーシャン氏は、インスピレーションを得るために砂漠に目を向けることにしました。

「私たちはどうやって周囲の空気から水を集めるのでしょうか。私たちは、サボテン、甲虫、砂漠の草など、自然界がすでに行っていることに注目しました」と、オハイオ州の著名な学者であり、オハイオ州立大学のハワード・D・ウィンビグラー機械工学教授であるブーシャン氏は語った。


これらの生命体はすべて、さまざまな形状を利用して小さな水滴を吸い上げ、それを貯水池や根に導き、夜間の霧から水分を集めます。カブトムシの背中には水滴を集める防水性の突起があり、突起の間の平らな面から水がカブトムシの口に流れ込みます。砂漠の草の先端には水滴が集まり、それがまっすぐな水路を通って根へと落ちていきます。サボテンは棘の先端に水を集め、その水は円錐状の棘を通ってサボテンの根元へと送られます。


そこで研究チームは、突起、とげ、溝のあるさまざまな表面を設計して 3D プリントし、市販の加湿器で生成された模擬霧のある密閉環境に配置しました。彼らの観察により、円錐形は円筒形よりも多くの水を集めることが確認された。「サボテンについて私たちが知っていることを考えると、それは理にかなっています」とブーシャン氏はラプラス圧力勾配の物理学に言及して説明した。凹凸のある表面は、溝のない表面の2倍の水を集めたが、「芝生についての私たちの知識を考えれば、これは後から考えれば当然のことだ」とブーシャン氏はコメントしている。
表面の材質も水の収集に影響を及ぼします。ブーシャン氏は「甲虫の表面の材質は不均一で、親水性の部分が疎水性の領域に囲まれているため、甲虫の口に水が流れ込みやすくなります」と述べています。円錐と突起の間隔も関係しています。
「水の供給は、特に世界で最も乾燥した地域の人々にとって、重大な問題です」とブーシャン氏は語った。 「生物にヒントを得た 3D プリントの露収集器を使用することで、世界中の人々にできるだけ効率的にきれいな水を供給するという課題に取り組むことができます。」 3D プリントは、さまざまな材料のさまざまな形状を迅速かつ低コストで製造できるため、この研究に最適なツールでした。
彼らの研究結果は、王立協会の哲学論文誌に掲載されている。
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2018.0269

出典: 3ders


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