人类可以在最基本的避难所中穿行，可以从最简陋的成分中一起吃一顿饭。但没有干净的水，我们就无法生存。在缺水的地方 – 例如世界的沙漠 – 向人们供水需要工程和灌溉的壮举，这可能既麻烦又昂贵。
“我们想：’我们如何从周围的空气中收集水’”俄亥俄州立大学的机械工程教授Bharat Bhushan和俄亥俄州立大学机械工程教授Howard D. Winbigler说道。“所以，我们看着自然界已经做过的事情：仙人掌，甲虫，沙漠草。”
Bhushan的工作重点是寻找自然启发的社会问题解决方案。在这种情况下，他的研究小组向沙漠寻找生命，尽管获得水的机会有限。
仙人掌，甲虫和沙漠草都收集从夜间雾中凝结的水，从空气中收集水滴并将其过滤到根或水库，提供足够的水合作用以生存。
水滴在甲虫背上的无蜡，防水凸起上聚集，然后在凸起之间的平坦表面上朝向甲虫的嘴滑动。沙漠草在它们的尖端收集水，然后通过每个叶片中的通道将水引导到它们的根系。仙人掌在其带倒钩的尖端上收集水，然后将水滴向下引导到植物的基部。
Bhushan的团队研究了这些生物中的每一个，并意识到他们可以构建一个类似的 – 虽然更大的系统，允许人类从夜间雾或凝结中取水。
他们开始研究不同表面可能收集水的方式，以及哪些表面可能是最有效的。使用3D打印机，他们用凸起和倒钩构建表面，然后使用商用加湿器创建封闭的雾状环境，以查看哪个系统聚集了最多的水。
他们了解到锥形形状比圆柱形形状聚集更多的水 – “考虑到我们对仙人掌的了解，这是有意义的，”Bhushan说。他说，之所以发生这种情况，是因为称为拉普拉斯压力梯度的物理现象。水聚集在锥体的顶端，然后从锥体的斜坡向下流到底部，水库在那里等待。
凹槽表面比无凹槽表面更快地移动水 – “回想起来，这看起来很明显，因为我们对草的了解，”Bhushan说。在研究小组的实验中，沟槽表面聚集的水量是未开槽表面的两倍。
锥体的材料也是由重要的材料制成的。亲水性表面 – 那些允许水成珠而不是吸收水分的表面 – 聚集了大部分水。
“甲虫的表面材料是异质的，亲水斑点被疏水区域包围，这使得水更容易流入甲虫的嘴巴，”Bhushan解释说。
研究小组还对包含多个锥体的结构进行了实验，并了解到当水滴在相距1或2毫米的锥体之间聚结时会积聚更多的水。Bhushan说，团队正在继续这些实验。
到目前为止，这项工作仅在实验室层面进行，但Bhushan设想工作规模扩大，沙漠中的结构可以从雾或凝结水中收集水分。他认为，这些水可以在公共系统或水井中补充水，无论是逐个房屋还是在整个社区范围内。
这个想法有先例：在世界各地，包括智利的阿塔卡马沙漠，大型网络从雾中捕获水并将其收集在水库中供农民和其他人使用。Bhushan认为，这些网可能不是从空中利用水的最有效方式。
“供水是一个至关重要的问题，特别是对世界上最干旱地区的人们来说，”Bhushan说。“通过使用生物启发技术，我们可以尽可能有效地帮助解决向全球人民提供洁净水的挑战。”