Nowy bioinspirowany system zintegrowany do jednoczesnego pozyskiwania mgły i dostarczania energii

Przekształcanie mgły w użyteczny zasób

W wielu suchych rejonach ludzie borykają się jednocześnie z dwoma problemami: brakiem wystarczającej ilości czystej wody oraz brakiem niezawodnej energii elektrycznej. Badanie to opisuje nowe urządzenie, które rozwiązuje oba wyzwania przez wyciąganie wody z mgły, a jednocześnie przetwarzanie spadających kropli na krótkie impulsy energii. Zainspirowany roślinami pustynnymi i owadami, system został zaprojektowany do pracy w odległych miejscach poza siecią, gdzie nawet niewielkie ilości wody i prądu mogą znacząco poprawić możliwości uprawy żywności.

Nauka od pustynnego życia

Przyroda już rozwiązała problem chwytania wody z powietrza. Żuk z pustyni Namib, ciernie kaktusa i brzeg dzbankowca efektywnie zbierają i kierują drobne krople. Zespół badawczy skopiował kluczowe cechy tych organizmów, tworząc metalową powierzchnię pokrytą rozgałęzionymi rowkami. Rowki te są starannie dopasowane tak, że niektóre obszary przyciągają wodę, a inne ją odpychają. Gdy mgła przemieszcza się obok, mikrokrople osadzają się, łączą i są pociągane wzdłuż tych ścieżek bez zatrzymywania się – podobnie jak woda poruszająca się po żyłkach liścia.

Jak działa powierzchnia zbierająca mgłę

Rdzeń części odpowiedzialnej za pozyskiwanie wody stanowi wzorzysta blacha tytanowa nazwana synergiczną biomimetyczną powierzchnią dendrytyczną. Powstaje ona przez grawerowanie laserowe i obróbkę światłem, które tworzą drobne grzbiety oraz łagodne zróżnicowanie w stopniu przyciągania wody w różnych regionach. Gdy mgła uderza w tę powierzchnię, krople najpierw tworzą się na bardzo „chłonnych” bocznych gałązkach, następnie są skierowane ku głównemu pniowi i spływają do punktu zbiorczego. Kształt rowków, nachylenie gałązek i stopniowa zmiana zwilżalności łączą się, by przemieszczać krople w jednym kierunku. Testy wykazały, że najlepszy projekt zbierał prawie dziesięć gramów wody na centymetr kwadratowy na godzinę, ponad czterokrotnie więcej niż gładka blacha tytanowa.

Przekształcanie spadających kropli w energię

Drugim kluczowym elementem systemu jest triboelektryczny nanogenerator oparty na kroplach – urządzenie, które zamienia ruch kropli w sygnały elektryczne. Gdy woda z mgły zbiera się i skapuje z kolektora, trafia na nachyloną płytę wykonaną z miękkiego, gumowatego materiału zmieszanego z przewodzącym związkiem zwanym MXene. Kiedy każda kropla uderza w powłokę i rozprzestrzenia się po jej powierzchni, ładunki elektryczne ulegają przemeblowaniu, a między ukrytymi warstwami metalowymi płynie malutki impuls prądu. Poprzez dobranie odpowiedniego rozmiaru kropli, wysokości upadku i kąta nachylenia, zespół zwiększył zarówno prąd, jak i napięcie, utrzymując jednocześnie powłokę tak hydrofobową, że krople toczą się zamiast tworzyć lepką folię.

Wykorzystanie wody i energii dla roślin

Aby pokazać, że połączony zbieracz mgły i generator potrafią wykonać realną pracę, badacze zbudowali małą komorę wyłożoną dwudziestoma pięcioma wzorzystymi modułami metalowymi. W warunkach przypominających mgłę moduł ten zebrał około 1,6 litra wody w nocy na jedną trzecią metra kwadratowego powierzchni – wystarczająco, by zaspokoić większość dziennych potrzeb pitnych jednej osoby w suchym klimacie. Zmagazynowana woda następnie spływała grawitacyjnie przez linię kroplującą na płytę wytwarzającą energię, a na końcu do gleby z nasionami jęczmienia. Maleńkie impulsy energetyczne zasilały małe lampki symulujące oświetlenie do wzrostu roślin, podczas gdy zebrana woda nawadniała nasiona. W ciągu kilku dni jęczmień podlewany mgłą rósł wyżej i był zdrowszy niż kontrola bez podlewania.

Nowe narzędzie dla suchych, ale wilgotnych miejsc

Gotowy system pokazuje, że mgłę można wykorzystać jednocześnie jako źródło wody i łagodne źródło energii. Specjalna powierzchnia bardzo efektywnie wychwytuje i kieruje krople, a napędzana kroplami płyta niezawodnie generuje niskopoziomową elektryczność odpowiednią dla czujników czy małych lamp. Ponieważ podejście opiera się jedynie na lokalnej wilgotności i grawitacji, nadaje się dobrze do pustyń przybrzeżnych i innych obszarów, gdzie powietrze jest wilgotne, ale brakuje płynnej wody i linii energetycznych. Chociaż potrzebne są dalsze prace nad pełnym oczyszczaniem wody i długoterminową ochroną części metalowych, ten bioinspirowany projekt oferuje praktyczną ścieżkę do małych, samowystarczalnych jednostek wspierających rolnictwo i życie codzienne w regionach dotkniętych niedoborem wody.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: pozyskiwanie mgły, woda i energia, powierzchnie bioinspirowane, triboelektryczny nanogenerator, rolnictwo poza siecią