中国黑科技：小小甲虫竟引领全球节水技术革命
早晨六点，纳米布沙漠的地表温度已升高至超过了50℃。一群身披暗褐色铠甲的纳米布甲虫，正以极为独特的方式在沙丘上排列得整整齐齐了，它们把鞘翅调整为45度角了，迎向风的方向了。几个小时后，这些长度不到2厘米的小生物，竟能收集到相当于自身体重40%的淡水了。
这种生存智慧正在改变着人类应对干旱的办法，麻省理工学院（MIT）团队新近研发出的仿生物集水装置，每天能够产出10升饮用水，这就如同在沙漠中突然冒出了一块满是水源的绿洲。
图片来源真实素材
纳米布甲虫的生存密码藏在显微镜下的微观世界。其鞘翅表面分布着直径为0.5毫米的亲水凸起，（这些亲水凸起）间隔05-15毫米的疏水凹槽，（从而）构成精密输水网络。
这种好似被神明赐予了灵性的构造，能够使雾气在湿润的区域凝结为水珠，接着顺着具备防水功能的通道精准地流进嘴里。
科研人员测算发现，直径1米的仿生集水网，可达到传统捕雾网3倍的集水效率。"我们将聚四氟乙烯纳米粒子沉积在铜网表面，完美复刻甲虫鞘翅的亲疏水界面项目负责人米切尔·鲁伯纳展示着最新的原型机，“这与给空气配备一个分子筛大致相近，每平方米每天能够捕捉到5升水雾。”这项突破性技术已应用于智利阿塔卡马沙漠的集水农场，使当地饮用水成本降低62%。
图片来源真实素材
在撒哈拉沙漠边缘的那个实验基地里，那高度达到三米的银色装置，正静静地在运转呢。顶部太阳能板将22%的光能转化为电力，驱动涡轮机产生3m/s的气流捕捉水分子，冷凝系统利用昼夜15℃温差实现水汽相变。整套系统碳排放仅5.3gkWh，不足燃煤电厂的160。
这不仅仅是个取水的装置，更是一个可以移动的微型生态系统。工程师艾琳·沃克把这个设备的奥秘给揭开了：中央处理器能依据湿度的情况，自动去调节叶片的倾斜角度；仿生涂层让冷凝的效率提高了40%。在也门试运行的期间，单台设备能够满足50人的日需水量，其运维成本，比海水淡化低83%。
图片来源真实素材
当科技与进化奇迹相遇之时，往往会迸发出具有颠覆性的创新。加州大学的团队受到甲虫的启发而研发出的“智能水网”，在迪拜的雾天环境下，每平方米的集水量能够达到48L，其表面的纳米级凸起能够将0.01mm级的水滴进行定向导流。
更让人大吃一惊的是，中国科学家设计的“呼吸式集水帐篷”，借助形状记忆合金去模拟甲虫鞘翅的开合行为，所以集水效率能够依据湿度情况进行智能性的调整。
这类创新正重塑环保科技版图：全球仿生集水专利近五年增长300%，其中63%涉及亲疏水界面技术。正如《自然》杂志评价："我们正在学习用甲虫的语言与大气对话。
图片来源真实素材
在纳米布沙漠科考站，科学家总结出三重取水法则：
1、仿生侦察法：观察沙丘甲虫聚集区，其鞘翅反光特性可指示水汽通道
2、温差掘金术：夜间在金属容器表面覆塑料布，利用10℃温差获取冷凝水
3、植物密码学：追踪骆驼刺根系走向，其90%的根系分布在含水层上方3米内
这些技巧与仿生装置形成了奇妙的了呼应。麻省理工学院团队在智利沙漠布置了集水网时，意外发现当地的甲虫会主动聚集在设备周围。生物行为监测表明，这些“原住民”居然学会借助人造装置，以提升自身集水的效率。
图片来源真实素材
随着全球干旱区每年以5.5万平方公里的规模在不断地扩大，传统的取水方式正面临着极为严峻的挑战。海水淡化每吨水排放1.4kg的二氧化碳，而仿生集水系统的碳足迹仅仅为前者的7%。更深远的影响在于，技术溢出效应：最新研发的钙钛矿-硅叠层太阳能电池，转化效率达31%，为集水装置提供更清洁的动力。
在肯尼亚图尔卡纳湖沿岸，200台仿生集水器正改写3000游牧民族的命运。部落长老看着清水涌入储水罐的时候说：“这使我忆起祖训——最为珍稀的水始终隐匿在风中。”此刻，纳米布甲虫在实验舱内展开鞘翅，金属装置在沙漠中嗡嗡低鸣，两个物种用不同语言诉说着同一生存智慧。
参考文献：- Parker A R, Lawrence C R. Water capture by a desert beetle[J]. Nature, 2001, 414(6859): 33-34
- Thickett S C, Chiara N, Harris A T. Biomimetic surface coatings for atmospheric water capture prepared by dewetting of polymer films[J]. Advanced Materials, 2011, 23(32): 3718-3722
- Wang Y C, Zhang L B, Wu J B, et al. A facile strategy for the fabrication of a bioinspired hydrophilic-superhydrophobic patterned surface for highly efficient fog-harvesting[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3(37): 18963-18969
- Ju J, Yao X, Yang S, et al. Cactus stem inspired cone-arrayed surfaces for efficient fog collection[J]. Advanced Functional Materials, 2015, 24(44): 6933-6938
- Bai F, Wu J T, Gong G M, et al. Biomimetic "cactus spine" with hierarchical groove structure for efficient fog collection[J]. Advanced Science, 2015, 2(7): 1500047
- Gohari A, Eslamian S, Mirchi A, et al. Water transfer as a solution to water shortage: a fix that can backfire[J]. Journal of Hydrology, 2013, 491(1): 23-39
- Jiang L. Super-hydrophobic nanoscale interface materials: from natural to artificial[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2003, 22(12): 1258-1264
- Meyers M A, Chen P, Lin A Y, et al. Biological materials: structure and mechanical properties[J]. Progress in Materials Science, 2008, 53(1): 1-206
- Klemm O, Schemenauer R S, Lummerich A, et al. Fog as a fresh-water resource: overview and perspectives[J]. Ambio, 2012, 41(3): 221-234
- Geyh M A, Heine K. Several distinct wet periods since 420ka in the Namib desert inferred from U-series dates of speleothems[J]. Quaternary Research, 2014, 81(2): 381-391
