В конце концов, установка гигантских сетей вдоль склонов и горных вершин для улавливания воды из воздуха больше похоже на безумие, чем на науку. Однако эта практика стала важным способом получения чистой воды для многих, кто живет в засушливом и полузасушливом климате по всему миру.Пассивный, прочный и эффективный метод сбора воды, сбор тумана заключается в улавливании микроскопических капель воды, взвешенных на ветру, которые составляют туман. Уборка тумана возможна — и стала популярной в последние несколько десятилетий — в регионах Африки, Южной Америки, Азии, Ближнего Востока и даже в Калифорнии.
Как показывают недавние заголовки о том, что в Южной Африке обратный отсчет до «нулевого дня» или дня, когда, как ожидается, иссякнут водопроводные краны, нехватка воды продолжает оставаться растущей проблемой во всем мире. По оценкам ведущих исследователей, две трети населения мира уже живет в условиях острой нехватки воды, по крайней мере, один месяц в году.
Сбор тумана может помочь уменьшить эту нехватку, и теперь междисциплинарная исследовательская группа в Технологическом институте Вирджинии улучшила традиционный дизайн противотуманных сеток, чтобы увеличить их улавливающую способность втрое.Опубликовано в ACS Applied Materials Интерфейсы и частично финансируемые Технологическим институтом творчества, искусств и технологий Вирджинии, исследование группы демонстрирует, как вертикальный ряд параллельных проводов может изменить прогноз для сборщиков тумана. В конструкции, которую исследователи назвали «туманной арфой», эти вертикальные проволоки сбрасывают крошечные капли воды быстрее и эффективнее, чем традиционные сетчатые сетки, используемые в противотуманных сетях.
«С точки зрения дизайна мне всегда казалось немного волшебным, что вы можете использовать что-то похожее на сетку дверного экрана, чтобы превратить туман в питьевую воду», — сказал Брук Кеннеди, доцент промышленного дизайна в Колледже архитектуры. и Urban Studies и один из соавторов исследования. «Но эти параллельные проволочные сетки — действительно особый ингредиент туманной арфы».Противотуманные сетки используются с 1980-х годов и могут давать чистую воду в любой области, где часто бывают движущиеся туманы. Когда ветер перемещает микроскопические капли воды тумана через сети, некоторые из них цепляются за подвешенные провода сети. Эти капли собираются и сливаются, пока не наберут достаточный вес, чтобы спуститься по сеткам и осесть в желобах для сбора внизу.
В некоторых из крупнейших проектов по сбору тумана эти сети собирают в среднем 6000 литров воды каждый день.Однако традиционная сетчатая конструкция противотуманных сеток уже давно ставит перед учеными и инженерами двойную проблему ограничений.
Если отверстия в сетке слишком большие, капли воды проходят сквозь нее, не цепляясь за проволоку сетки. Если сетка слишком мелкая, сети улавливают больше воды, но капли воды забивают сетку, не стекая в желоб, и ветер больше не движется через сети.Таким образом, противотуманные сети нацелены на золотую середину, зону сбора тумана Златовласки: не слишком большую и не слишком маленькую сетку.
Этот компромисс означает, что сети могут избежать засорения, но они не улавливают столько воды, сколько могло бы.«Это проблема эффективности и мотивация для наших исследований», — сказал Джонатан Борейко, доцент кафедры биомедицинской инженерии и механики Инженерного колледжа. Как соавтор исследования, Борейко консультировал по теории и физическим аспектам конструкции туманной арфы.
«Этот скрытый режим уменьшения размеров проводов, но не засорения — это то, чего мы пытались достичь. Это было бы лучшим из обоих миров», — сказал он.Поскольку капли воды, попавшие в противотуманную сетку, движутся вниз под действием силы тяжести, Борейко предположил, что удаление горизонтальных проводов сетки уменьшит засорение.
Тем временем Кеннеди, специализирующийся на биомиметическом дизайне, нашел свое вдохновение в создании туманной арфы в природе.«В среднем прибрежные секвойи полагаются на туман, который составляет около одной трети их водозабора», — сказал Кеннеди. «Эти секвойи, которые живут вдоль побережья Калифорнии, эволюционировали в течение долгих периодов времени, чтобы воспользоваться преимуществами туманного климата. Их иглы, как и у традиционной сосны, расположены в виде линейного ряда. Вы этого не видите. поперечные сетки ".
Марк Андерсон, соавтор исследования, а затем студент факультета машиностроения, построил несколько масштабных моделей туманной арфы с проводами разного диаметра. Вэйвэй Ши, докторант докторской программы по инженерной механике, а также ведущий автор исследования, протестировал небольшие прототипы в экологической камере и разработал теоретическую модель эксперимента.
«Мы обнаружили, что чем меньше провода, тем эффективнее был сбор воды», — сказал Борейко. «Эти вертикальные массивы задерживали все больше и больше тумана, но засорения никогда не происходило».Команда уже построила более крупный прототип туманной арфы — вертикальный массив из 700 проводов размером 3 фута на 3 фута — под руководством Джоша Тулкоффа, соавтора исследования и тогдашнего студента промышленного факультета. дизайнерская программа.
Они планируют испытать прототип на соседней ферме Кентленд.Исследователи надеются, что благодаря уникальному сочетанию науки и дизайна туманная арфа однажды окажет большое влияние там, где она больше всего нужна — на дне ведра с водой.
