沙漠甲虫可以帮助人类从稀薄的空气中收获水吗

为了在西南非洲干旱的荒野中生存，纳米比亚沙漠甲虫从稀薄的空气中收获水。蓝莓大小，长腿的昆虫将其凹凸不平的身体倾斜到风中，使雾滴积累并从机翼盒中滴落到嘴中。多年来，科学家们一直在尝试学习昆虫的秘密，以帮助为缺水地区的社区提供洁净的水。现在，一个研究人员团队对昆虫身体的纹理如何帮助其收集水有了更深入的了解。

当纳米布沙漠甲虫(Stenocara gracilipes)“起雾”时，水滴撞击其腹部并滑落其身体。研究人员花了数十年的时间试图发现昆虫的表面如何将飞沫传播到其嘴中。但是首先，甲虫必须收集飞沫。因此，俄亥俄州阿克伦大学的物理学家亨特·金(Hunter King)和同事们集中精力研究了甲虫的形状和质地如何增加它们可以从空气中捕获的水滴数量。

金说起来似乎很容易，“但是，如果您试图抓住它，它就在您的指尖，”。“这就是整个问题。很难使两件事相互联系。”

金和他的团队使用3D打印技术创建了多个具有不同表面纹理的球体(凹凸，凹凸和光滑)，并在专门设计的风洞中对其进行了测试，以查看它们可以从雾蒙蒙的微风中抽出多少水。他们发现凹凸不平的表面是雾状磁铁：表面上具有1毫米团块的球体捕获的液滴的效率几乎是具有相同表面积的光滑球体的2.5倍。

为了从微观层面了解发生了什么，金与动物运动专家Mattia Gazzola及其研究生伊利诺伊大学厄巴纳分校的学生Fan Kiat Chan取得了联系。Gazzola的实验室专门从事流体动力学模拟。两位研究人员创建了一个计算机模型，以观察作用在水滴上的不同流体动力如何使水滴或多或少地附着在球体的纹理表面上。

研究小组发现，一个重要因素是表面的润滑程度。如果总是有薄薄的水膜，则水滴不易粘在上面。科学家本周在华盛顿州西雅图市流体力学年会的美国物理学会年会上的一份报告中指出，表面的微观纹理(在微米水平上的光滑度或粗糙度)也影响了液滴的行为。

Chan说，如果研究人员可以操纵这些特性来创造出更有效的甲虫启发的材料，工程师们可以为难民帐篷设计一种集水装置，以从风中捕捉水滴。此类材料也可以制成瓶子，然后可以使用空气中的水重新填充。

在一些干旱地区，例如摩洛哥撒哈拉沙漠的边缘，居民多年来一直在积雾。他们使用网格将水引导到管道中，然后将水运回村庄。Chan说，雾仍然是一种难以捕捉的资源，即使效率略有提高也可能使口渴的社区受益。

布莱克斯堡弗吉尼亚理工学院和州立大学的生物力学工程师乔纳森·博雷科(Jonathan Boreyko)说，将甲虫研究的重点转移到昆虫如何能够收集如此多的雾上是一个好举动，他没有参与这项工作。他指出，甲虫积水过程的这一方面长期以来一直被忽视。

Boreyko说，还有甲虫启发的技术将在实验室之外发挥多大作用，还有待观察。“您必须问，'您是否真的可以将这种甲虫方法扩大到足以收集足够在人类层面上真正重要的水的东西?'

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