Бутылка будет улавливать влагу из воздуха

Небольшой жук-чернотелка из пустыни Намиб умеет добывать необходимую ему воду прямо из воздуха. Недавно американские ученые поняли, каким образом он это делает, и сконструировали бутылку, которая, как неиссякаемый кувшин из арабских сказок, может сама наполняться водой. Это изобретение поможет предотвратить надвигающийся дефицит питьевой воды.

Фото:

Мы являемся млекопитающими, поэтому проблема пополнения организмом запасов воды для нас всегда будет актуальна — ведь наша кожа весьма проницаема для влаги. Кроме того, наш механизм охлаждения тела тоже связан с потерями воды (имеется в виду потоотделение). Именно поэтому люди с самых ранних этапов своей эволюции были вынуждены селиться вблизи источников питьевой воды — чтобы пополнять дефицит H2O тогда, когда в этом назревает необходимость.

С тех пор прошло много-много лет — численность людей увеличилась, а количество источников питьевой воды сократилось. И, что самое печальное, продолжает сокращаться — почвенная эрозия, вызванная сельским хозяйством, и промышленное загрязнение делают свое черное дело. Видимо, недалек тот день, когда на всей Земле наступит тотальный дефицит воды, пригодной для питья. Кстати, в некоторых регионах такое уже произошло — особенно страдают районы Африки, расположенные рядом с постоянно растущей пустыней Сахара. Вода там сейчас дороже и золота, и алмазов.

Можно ли как-то исправить ситуацию, не возвращаясь обратно в каменный век и не сокращая численность людей принудительным путем? Как это ни странно, да. Дело в том, что на самом деле на нашей планете даже в пустынях достаточно воды, пригодной для питья. Однако она существует там в виде водяного пара, который человеческий организм усваивать не может. Неужели нет способа перевести ее в нормально усваиваемый жидкий вид?

Между тем, такой способ есть, и его активно используют различные пустынные животные. Взять хотя бы небольшого черного жука Onymacris unguicularis, принадлежащего к семейству Чернотелковых (Tenebrionidae). Это весьма изобретательное существо, живущее в пустыне Намиб, умеет добывать воду из засушливого воздуха пустынь. И делает это следующим образом: ранним утром, когда в пустыне бывают туманы, жуки выбираются на гребни высоких дюн, поднимают брюшко кверху по направлению к ветру и опускают голову вниз.

Читайте также: Лазер предотвратит наводнения и засухи

Находясь в таком положении, насекомые замирают в ожидании — в это время туман конденсируется на выступах их надкрыльев и стекает по центральному желобку вдоль их шва к ротовым органам. Полученная таким образом влага составляет до 40 процентов веса тела насекомого — этого ему хватает на целые сутки. Впрочем, следует заметить, что жук расходует добытый запас весьма экономно — в жаркое время дня он редко появляется на раскаленной поверхности земли, предпочитая отсиживаться в прохладном убежище.

Однако дело, как вы понимаете, вовсе не в этом, а в том, каким именно образом жуку удается сконденсировать влагу на своем теле. Долгое время ученые не знали ответа на этот вопрос. И только недавно исследователи из Массачусетского технологического института (США) обнаружили, что на панцире жука имеются поверхности двух типов. Первый из них состоит из гидрофильных (то есть притягивающих воду) веществ, а второй — из гидрофобных (отталкивающих воду). Причем, как вы сами понимаете, гидрофильные поверхности сконцентрированы в задней части тела, а гидрофобные — в средней и передней.

Как видите, ларчик открывался весьма просто — сконцентрированные в задней части хитина кремниевые соли (вроде известного всем силикагеля) заставляют водяной пар конденсироваться, а покрытые водоотталкивающим воском надкрылья играют для накапливающихся и растущих капель роль барьера, который не позволяет им преждевременно скатиться с улавливающих поверхностей насекомого. Кроме того, немалую роль в процессе улавливания воды играет и рельеф панциря — на гидрофильных поверхностях имеется много впадин и микровыростов (именно такая структура помогает водяному пару быстрее конденсироваться), а гидрофобные поверхности почти идеально гладкие.

После того, как американские ученые разгадали секрет жука, они решили сделать такую поверхность у себя в лаборатории, используя органические полимеры со включениями из различных неорганических наночастиц. В итоге у них получилась поверхность, способная собирать влагу из воздуха. При испытаниях в пустыне такая поверхность собирала за полчаса до 0,5 литра живительной влаги. И что самое приятное, сконденсированная вода была практически дистиллированной, то есть свободной от многих загрязняющих органических и неорганических веществ!

После серии успешных опытов разработкой заинтересовалась стартап-компания NBD Nano, представители которой решили заняться ее продвижением на рынке. По их расчетам, данное "ноу-хау" может пригодится и там, где из воздуха нужно удалить лишнюю влагу (склады, жилые помещения во влажном климате), и в местах, где не хватает питьевой воды нормального качества. Причем последнее будет особенно актуально для людей, живущих в зоне сухих тропиков и субтропиков, где доступ к чистой питьевой воде весьма затруднен.

Первым продуктом NBD Nano должна стать самонаполняющаяся бутылка, весьма похожая на неиссякаемый кувшин из арабских сказок. Ее нужно просто выставить на улицу — и за час "работы" она сможет выловить из воздуха до шести литров воды (причем эти данные рассчитывались по условиям, имеющимся в пустыне — в горах, например, или в городах она соберет еще больше влаги). Пока что идут испытания, однако, согласно планам руководства NBD Nano, эта чудесная бутылка появится в продаже уже в начале 2014 года. Первоначально ее планируется "опробовать" на бегунах на большие дистанции и туристах-экстремалах, а после могут запустить и в массовое производство.

Читайте также: В пустыне вырастут леса

Итак, как видите, человечеству есть чему поучиться и у самого обычного жука. Ведь именно его изящные надкрылья помогли людям предотвратить надвигающийся тотальный дефицит питьевой воды…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"