Ett nytt bioinspirerat integrerat system för samtidig diminsamling och energiförsörjning

Att omvandla dimma till en användbar resurs

I många torra regioner står man inför två problem samtidigt: för lite rent vatten och brist på pålitlig elektricitet. Denna studie undersöker en ny apparat som angriper båda utmaningarna genom att utvinna vatten ur dimma samtidigt som de fallande dropparna omvandlas till små energipulser. Inspirerat av ökenväxter och insekter är systemet utformat för att fungera på avlägsna, off-grid platser, där även blygsamma mängder vatten och elektricitet kan göra stor skillnad för livsmedelsodling.

Lärdomar från ökenlivet

Naturen har redan löst problemet med att samla vatten ur tunn luft. Skalbaggen i Namiböknen, kaktusnålar och kanten på kannrankor fångar och styr små droppar mycket effektivt. Forskarteamet kopierade nyckelfunktioner från dessa organismer för att skapa en metallyta täckt av förgrenade spår. Dessa spår är noggrant avpassade så att vissa områden attraherar vatten medan andra stöter bort det. När dimma passerar landar mikrodroppar, slås samman och dras längs dessa banor utan att fastna, ungefär som vatten som rör sig längs blads vener.

Hur diminsamlarens yta fungerar

Kärnan i vattenutvinningsdelen är ett mönstrat titanark kallat synergistisk biomimetisk dendritisk strukturerad yta. Det tillverkas genom laseretsning och ljusbehandling för att skapa små åsar och en gradvis förändring i hur olika regioner attraherar vatten. När dimma träffar denna yta bildas droppar först på super-absorberande sidogrenar, för att sedan dras mot en huvudstam och ner till en uppsamlingspunkt. Spårens form, grenarnas lutning och den gradvisa förändringen i våthet samverkar för att föra dropparna i en riktning. Tester visade att den bästa designen samlade nästan tio gram vatten per kvadratcentimeter per timme, över fyra gånger mer än ett slätt titanark.

Att omvandla fallande droppar till elektricitet

Den andra nyckelkomponenten i systemet är en droppbaserad triboelektrisk nanogenerator, en anordning som omvandlar vattendroppars rörelse till elektriska signaler. Efter att dimvattnet samlats och droppat av samlaren landar det på en lutande platta gjord av ett mjukt gummiliknande material blandat med ett ledande ämne kallat MXene. När varje dropp träffar och sprider sig över denna belagda platta omfördelas elektriska laddningar vid ytan och en liten strömpuls flyter mellan dolda metallager. Genom att välja rätt droppstorlek, fallhöjd och lutningsvinkel ökade teamet både ström och spänning samtidigt som ytan hölls så vattenavvisande att dropparna rullade bort istället för att bilda en klibbig film.

Att använda vatten och energi för växter

För att visa att den kombinerade diminsamlaren och generatorn kan utföra verkligt arbete byggde forskarna en liten kammare fodrad med tjugofem av de mönstrade metalmodulerna. Under dimliknande förhållanden samlade denna modul cirka 1,6 liter vatten under en natt per en tredjedel kvadratmeter yta, tillräckligt för att täcka majoriteten av en persons dagliga dricksvattenbehov i ett torrt klimat. Det lagrade vattnet flöt sedan med gravitationen genom en droppslang över den elproducerande plattan och slutligen ner i jord som innehöll kornfrön. De små energipulserna användes för att tända små lampor som får representera växtbelysning, medan det insamlade vattnet bevattnade fröna. Över flera dagar växte korn som vattnats av dimma högre och friskare än obevattnade kontroller.

Ett nytt verktyg för torra men fuktiga platser

Det färdiga systemet visar att dimma kan användas både som vattenkälla och som en mild energikälla samtidigt. Den speciella ytan fångar och styr droppar mycket effektivt, och den droppdrivna plattan producerar pålitligt låg nivå-elektricitet lämpad för saker som sensorer eller små lampor. Eftersom metoden endast förlitar sig på lokal luftfuktighet och gravitation är den väl lämpad för kustområden i öknar och andra områden där luften är fuktig men flytande vatten och elnät saknas. Även om mer arbete krävs för att lägga till full vattenrening och långsiktigt skydd av metalldelarna, erbjuder denna bioinspirerade design en praktisk väg mot små, självförsörjande enheter som kan stödja jordbruk och vardagsliv i vattenstressade regioner.

Citering: 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

Nyckelord: diminsamling, vatten och energi, bioinspirerade ytor, triboelektrisk nanogenerator, off-grid jordbruk