為了在西南非洲干旱的荒野中生存，納米比亞沙漠甲蟲從稀薄的空氣中收獲水。藍(lán)莓大小，長(zhǎng)腿的昆蟲將其凹凸不平的身體傾斜到風(fēng)中，使霧滴積累并從機(jī)翼盒中滴落到嘴中。多年來，科學(xué)家們一直在嘗試學(xué)習(xí)昆蟲的秘密，以幫助為缺水地區(qū)的社區(qū)提供潔凈的水?，F(xiàn)在，一個(gè)研究人員團(tuán)隊(duì)對(duì)昆蟲身體的紋理如何幫助其收集水有了更深入的了解。

當(dāng)納米布沙漠甲蟲(Stenocara gracilipes)“起霧”時(shí)，水滴撞擊其腹部并滑落其身體。研究人員花了數(shù)十年的時(shí)間試圖發(fā)現(xiàn)昆蟲的表面如何將飛沫傳播到其嘴中。但是首先，甲蟲必須收集飛沫。因此，俄亥俄州阿克倫大學(xué)的物理學(xué)家亨特·金(Hunter King)和同事們集中精力研究了甲蟲的形狀和質(zhì)地如何增加它們可以從空氣中捕獲的水滴數(shù)量。

金說起來似乎很容易，“但是，如果您試圖抓住它，它就在您的指尖，”。“這就是整個(gè)問題。很難使兩件事相互聯(lián)系。”

金和他的團(tuán)隊(duì)使用3D打印技術(shù)創(chuàng)建了多個(gè)具有不同表面紋理的球體(凹凸，凹凸和光滑)，并在專門設(shè)計(jì)的風(fēng)洞中對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，以查看它們可以從霧蒙蒙的微風(fēng)中抽出多少水。他們發(fā)現(xiàn)凹凸不平的表面是霧狀磁鐵：表面上具有1毫米團(tuán)塊的球體捕獲的液滴的效率幾乎是具有相同表面積的光滑球體的2.5倍。

為了從微觀層面了解發(fā)生了什么，金與動(dòng)物運(yùn)動(dòng)專家Mattia Gazzola及其研究生伊利諾伊大學(xué)厄巴納分校的學(xué)生Fan Kiat Chan取得了聯(lián)系。Gazzola的實(shí)驗(yàn)室專門從事流體動(dòng)力學(xué)模擬。兩位研究人員創(chuàng)建了一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，以觀察作用在水滴上的不同流體動(dòng)力如何使水滴或多或少地附著在球體的紋理表面上。

研究小組發(fā)現(xiàn)，一個(gè)重要因素是表面的潤(rùn)滑程度。如果總是有薄薄的水膜，則水滴不易粘在上面?？茖W(xué)家本周在華盛頓州西雅圖市流體力學(xué)年會(huì)的美國(guó)物理學(xué)會(huì)年會(huì)上的一份報(bào)告中指出，表面的微觀紋理(在微米水平上的光滑度或粗糙度)也影響了液滴的行為。

Chan說，如果研究人員可以操縱這些特性來創(chuàng)造出更有效的甲蟲啟發(fā)的材料，工程師們可以為難民帳篷設(shè)計(jì)一種集水裝置，以從風(fēng)中捕捉水滴。此類材料也可以制成瓶子，然后可以使用空氣中的水重新填充。

在一些干旱地區(qū)，例如摩洛哥撒哈拉沙漠的邊緣，居民多年來一直在積霧。他們使用網(wǎng)格將水引導(dǎo)到管道中，然后將水運(yùn)回村莊。Chan說，霧仍然是一種難以捕捉的資源，即使效率略有提高也可能使口渴的社區(qū)受益。

布萊克斯堡弗吉尼亞理工學(xué)院和州立大學(xué)的生物力學(xué)工程師喬納森·博雷科(Jonathan Boreyko)說，將甲蟲研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到昆蟲如何能夠收集如此多的霧上是一個(gè)好舉動(dòng)，他沒有參與這項(xiàng)工作。他指出，甲蟲積水過程的這一方面長(zhǎng)期以來一直被忽視。

Boreyko說，還有甲蟲啟發(fā)的技術(shù)將在實(shí)驗(yàn)室之外發(fā)揮多大作用，還有待觀察。“您必須問，'您是否真的可以將這種甲蟲方法擴(kuò)大到足以收集足夠在人類層面上真正重要的水的東西?'