מערכת משולבת חדשה בהשראה ביולוגית לאיסוף ערפל ולספקת אנרגיה בו‑זמנית

הפיכת הערפל למשאב שימושי

ברבות מאזורי המדבר, אנשים מתמודדים בו‑בזמן עם שתי בעיות: חוסר במים נקיים וחוסר בגישה לחשמל אמין. המחקר בוחן מכשיר חדש שמתמודד עם שתי האתגרים על ידי משיכת מים מהערפל ובה בעת המרת הטיפות הנופלות לתנודות חשמליות קטנות. בהשראת צמחים ומזיקים מדבריים, המערכת תוכננה לפעול במקומות מרוחקים שאינם מחוברים לרשת, שם גם כמויות צנועות של מים וחשמל יכולות לשפר משמעותית את היכולת לגדל תבואה.

ללמוד מחיי המדבר

הטבע כבר פתר את האתגר של לכידת מים מהאוויר הדליל. עש השלולית בנמיב, קוצים של קקטוסים ושפת צמחים יעמדו מסוגלים לאסוף ולהכווין טיפות זעירות ביעילות רבה. צוות המחקר העתיק תכונות מרכזיות מהיצורים הללו כדי ליצור משטח מתכתי המכוסה חריצים מסתעפים. החריצים הם מכוונים בקפידה כך שאזורים מסוימים אוהבים מים ואחרים דוחים אותם. כאשר ערפל עובר, מיקרוטיפות נוחתות, מתמזגות ונמשכות לאורך נתיבים אלה מבלי להיתקע — בדומה לזרימת מים בעורקי עלה.

כיצד עובד משטח האסוף

ליבת חלק איסוף המים היא פלטת טיטניום מעוצבת בדפוס הנקראת משטח דנדריטי ביומימטי סינרגטי. היא מתקבלת בעיבוד לייזר וטיפול באור ליצירת רכסים זעירים ושינוי הדרגתי ברמת המשיכה של אזורים שונים למים. כאשר ערפל פוגע במשטח, טיפות נוצרות קודם כל על ענפים צדדיים על־סופר‑סופגים, אז נמשכות לעבר גזע ראשי ויורדות לנקודת איסוף. צורת החריצים, שיפוע הענפים והשינוי המדרגי בלחות כולם משתלבים לדחיפת הטיפות בכיוון אחד. ניסויים הראו שהעיצוב הטוב ביותר אסף כמעט עשרה גרם מים לסנטימטר רבוע בשעה, פי ארבעה ויותר ממנהרת טיטניום חלקה.

המרת טיפות נופלות לחשמל

החלק השני המכריע במערכת הוא גנרטור ננו‑טריבואלקטרי מבוסס‑טיפות, מכשיר שממיר את תנועת טיפות המים לאותות חשמליים. לאחר שאנשי הערפל מתרכזים ונוטפים מן האוסף, הם נוחתים על צלחת משופעת המורכבת מחומר גמיש דמוי‑גומי המעורבב עם תרכובת מוליכה הנקראת MXene. כשכל טיפה פוגעת ומתפרסת על צלחת מצופה זו, מטענים חשמליים מתארגנים מחדש על פני השטח וזרם זעיר זורם בין שכבות מתכת מוסתרות. על‑ידי בחירת גודל טיפה נכון, גובה נפילה וזווית שיפוע מתאימה, הצוות הגביר הן את הזרם והן את המתח תוך שמירה על כך שהמשטח דוחה־מים במידה שהטיפות מתגלגלות ולא יוצרות סרט דביק.

להפעיל מים וחשמל לטובת צמחים

כדי להראות שהאוסף המשולב והגנרטור יכולים לבצע עבודה ממשית, החוקרים בנו תא קטן המוקף עשרים‑וחמישה יחידות מתכת מעוצבות. בתנאים הדומים לערפל, המודול אסף כ‑1.6 ליטר מים במשך הלילה עבור שליש מטר רבוע של שטח — מספיק כדי לכסות רוב צורכי השתייה היומיים של אדם במזג אוויר יבש. המים המאוחסנים זרמו אחר‑כך בכוח הכבידה דרך קו טפטוף אל הצלחת שמייצרת חשמל ולבסוף אל אדמה שבה נזרעו גרגרי שעורה. תפקידי ההספק הזעירים שימשו להדלקת מנורות קטנות המדמות תאורת גידול צמחים, בעוד המים שנקלטו השקימו את הזרעים. במשך מספר ימים השעורה שהושקתה מערפל גדלה גבוהה ובריאה יותר מאשר קבוצות הביקורת שלא הושקו.

כלי חדש לאזורים יבשים אך לחים באוויר

המערכת המוגמרת מראה שניתן להשתמש בערפל הן כמקור מים והן כמקור אנרגיה עדין בו‑זמנית. המשטח המיוחד לוכד ומכוון טיפות ביעילות רבה, וצלחת המופעלת על‑ידי טיפות מייצרת באופן אמין חשמל ברמה נמוכה המתאים לחיישנים או מנורות קטנות. מכיוון שהגישה מסתמכת רק על לחות מקומית וכוח הכבידה, היא מתאימה במיוחד למדברי חוף ואזורים אחרים שבהם האוויר לח אך מים זורמים וקווי חשמל נדירים. בעוד שיש צורך בעבודה נוספת להוספת טיהור מים מלא והגנה לטווח הארוך על חלקי המתכת, העיצוב בהשראה ביולוגית מציע נתיב שימושי ליחידות קטנות, עצמאיות, התומכות בחקלאות ובחיים היומיומיים באזורים הנתונים ללחץ מים.

ציטוט: Gao, H., Li, L., Hu, Y. et al. A novel bioinspired integrated system for simultaneous fog harvesting and energy supply. Microsyst Nanoeng 12, 174 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01240-1

מילות מפתח: איסוף ערפל, מים ואנרגיה, משטחים בהשראה ביולוגית, גנרטור ננו‑טריבו‑חשמלי, חקלאות שאינה מחוברת לרשת