美國科學家研發了一款受折紙啟發的裝置，能夠從空氣中收集安全且經濟的飲用水，且完全自給自足，無需電力。麻省理工學院（MIT）的研究團隊設計了這款黑色的垂直面板，旨在解決全球水資源危機，這一問題影響著全球22億人，其中包括4600萬美國人。
該裝置由吸水性水凝膠製成，封裝在一個塗有冷卻層的玻璃腔體內，旨在改善水資源的獲取，利用大氣作為主要來源。研究人員估計，空氣中以水蒸氣的形式儲存著數以千億計的加侖水。
原型機在北美最乾燥的地區——加州的死亡谷進行了一週的測試，顯示出其在各種濕度條件下有效捕獲水蒸氣並生產安全飲用水的能力。
與以往需要電池、太陽能電池板或電網電力的技術不同，該原型機自動運行，僅依賴日夜之間的溫度變化。麻省理工學院機械工程及土木環境工程教授趙玄赫（Xuanhe Zhao）表示，這款受折紙啟發的水凝膠在夜間膨脹以吸收空氣中的水分，然後隨著白天氣溫上升釋放水分，促使水蒸氣在玻璃內表面凝結，通過簡單的管道系統收集。
初步結果顯示，該裝置每天可提取最多160毫升的飲用水，約為三分之二杯，即使在相對濕度低至21%的情況下亦能運作。
趙教授表示：“我們建造了一個米級的裝置，希望能在資源有限的地區使用，這些地方甚至無法獲得太陽能電池。”他補充道，這一裝置展示了未來水資源收集技術的擴展潛力。
根據趙教授的說法，水凝膠的組成是核心創新之一，這種柔軟的多孔材料主要由水和微觀的聚合物纖維網絡構成。他強調：“通過我們對軟材料的研究，我們非常清楚水凝膠在吸收空氣中的水分方面的優勢。”
在其他團隊使用微孔或納米孔水凝膠和氯化鋰等鹽類以提高吸收能力的情況下，這些方法常常會使收集的水變得鹹，並需要進一步過濾。為了解決這一挑戰，研究團隊將甘油納入水凝膠中，以穩定鹽分含量並減少泄漏。最終的水樣中鹽分含量遠低於安全飲用水的標準。
科學家對水凝膠形狀的改進，例如將其塑造成類似氣泡包裝的小圓頂形狀，增加了其表面積並增強了吸收水蒸氣的能力。通過在腔體外部塗覆特殊聚合物薄膜，他們能夠冷卻玻璃，促使水凝膠中的水蒸氣蒸發並在玻璃上凝結，然後安裝簡單的管道系統以收集流下的水。
在2023年11月的測試中，該裝置在21%到88%的濕度範圍內運行，每天產生57到161.5毫升的水，並在極乾燥的條件下表現超過其他系統。研究團隊目前正在開發下一代材料，以增強其內在特性。新加坡國立大學助理教授、研究的首席作者劉昶（Chang Liu）在一份聲明中表示：“這只是概念驗證設計，還有很多方面可以優化。例如，我們可以設計多面板的系統。”
研究人員指出，這種面板的陣列有潛力為整個家庭提供足夠的飲用水。他們計劃在不同氣候區域進一步測試，以評估長期性能和可擴展性。該研究已發表在《Nature Water》期刊上。
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