Loài bọ sa mạc có thể giúp con người thu thập nước từ sương mù?

Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã cố gắng tìm hiểu các bí mật về loài côn trùng để tìm ra phương pháp cung cấp nước sạch cho cộng đồng người ở những điểm nóng về thiếu nước. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đã hiểu sâu hơn về kết cấu trên cơ thể côn trùng giúp nó thu thập nước.

Khi bọ cánh cứng sa mạc Namib (Stenocara gracilipes) thu sương mù, những giọt nước nhỏ rơi vào bụng và lăn xuống cơ thể nó. Các nhà nghiên cứu đã dành hàng thập kỷ để cố gắng khám phá cách loài côn trùng này vận chuyển các giọt nước từ bề mặt cơ thể đến miệng của nó. Nhưng trước tiên, bọ cánh cứng phải thu thập các giọt nước. Vì vậy, Hunter King, một nhà vật lý tại Đại học Akron ở Ohio và các đồng nghiệp đã tập trung vào hình dạng và kết cấu cơ thê của bọ cánh cứng làm tăng lượng giọt nước mà chúng có thể thu được từ không khí bắt đầu như thế nào.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng bản in 3D để tạo ra một số hình cầu với kết cấu bề mặt khác nhau: gập ghềnh, có rãnh và trơn tru và thử chúng trong một hầm gió được thiết kế đặc biệt để xem chúng có thể hút được bao nhiêu nước từ làn gió sương mù. Họ phát hiện ra rằng các bề mặt gập ghềnh là nam châm hút sương mù: Một quả cầu có mặt gồ ghề bắt được những giọt nước với hiệu suất gần 2,5 lần so với một quả cầu nhẵn có cùng diện tích bề mặt.

Để hiểu những gì diễn ra ở cấp độ hiển vi, King (thuộc nhóm nghiên cứu) đã tìm đến chuyên gia về động vật Mattia Gazzola và sinh viên Fan Kiat Chan tốt nghiệp Đại học Illinois - Urbana. Phòng thí nghiệm Gazzola chuyên về mô phỏng thủy động lực học. Hai nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình máy tính để xem các thủy động lực khác nhau tác động lên những giọt nước như thế nào khiến chúng ít nhiều có khả năng dính vào một bề mặt kết cấu hình cầu.

Một yếu tố quan trọng nhóm nghiên cứu phát hiện ra là làm thế nào bôi trơn bề mặt các kết cấu hình cầu. Nếu luôn có một màng nước mỏng, các giọt nước sẽ ít dính vào nó hơn. Kết cấu kính hiển vi bề mặt - độ mịn hoặc nhám của nó trên mức micromet cũng ảnh hưởng đến hoạt động của các giọt nước - các nhà khoa học báo cáo tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ về Chất lỏng tại Seattle, Washington.

Nếu các nhà nghiên cứu điều chỉnh các đặc tính này để tạo ra các vật liệu lấy cảm hứng từ bọ cánh cứng hiệu quả, các kỹ sư có thể thiết kế một thiết bị thu nước cho các lều tị nạn để có thể hứng những giọt nước từ gió. Những vật liệu như vậy cũng có thể được chế tạo thành một cái chai có thể tự nạp lại nước từ không khí.

Ở một số khu vực khô hạn như rìa sa mạc Sahara ở Morocco, cư dân đã thu hoạch sương mù trong nhiều năm. Họ sử dụng lưới dẫn nước vào các đường ống, vận chuyển nó trở lại làng. Tuy nhiên, sương mù vẫn là một nguồn tài nguyên khó nắm bắt và thậm chí một sự gia tăng nhẹ về hiệu quả có thể mang lại lợi ích cho các cộng đồng đang khan hiếm nước.

Jonathan Boreyko, kỹ sư cơ học tại Viện Bách khoa Virginia cho biết việc chuyển trọng tâm nghiên cứu sang cách côn trùng có thể thu thập nhiều sương mù là một động thái tốt. Khía cạnh này của quy trình thu gom nước bọ cánh cứng đã bị bỏ qua từ lâu, ông lưu ý. Boreyko nói rằng các công nghệ lấy cảm hứng từ bọ cánh cứng sẽ rất hữu ích bên ngoài phòng thí nghiệm.

Phương Huyền

Theo Sciencemag