La megasequía de este verano en el oeste de los EE. UU. y la falla de una planta de tratamiento de agua de Mississippi han demostrado la necesidad de formas alternativas de acceder al agua durante la escasez.

Una solución a la escasez de agua es recolectar agua del aire. El Dr. Xianming «Simon» Dai, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería e Informática Erik Jonsson de la Universidad de Texas en Dallas, está trabajando en tecnología para hacer posible que cualquier persona tenga un dispositivo portátil asequible que pueda acceder al agua en cualquier lugar, en cualquier momento posiblemente sin usar energía externa.

Dai y su equipo de investigadores avanzaron recientemente en esa tecnología al desarrollar una plataforma novedosa para acelerar el proceso de cosecha. El equipo demostró la plataforma en un estudio publicado en línea el 29 de agosto en Proceedings of the National Academy of Sciences.

La plataforma resuelve un problema clave en la recolección de agua : las gotas de agua recolectadas forman una barrera térmica que evita una mayor condensación, por lo que deben eliminarse de la superficie lo más rápido posible para dejar espacio para más recolección.

El equipo de UTD abordó este problema desarrollando una plataforma con una forma única. Cortaron una serie de canales en forma de hongo, más pequeños en diámetro que un cabello humano, en la superficie de recolección para que parte del material de la superficie sobresalga de cada canal. A medida que las gotas se acumulan en la superficie, se absorben en los canales, pero el diseño de hongo evita que el agua fluya de regreso a la superficie de recolección inicial. El agua cosechada se recolecta a través de esos canales.

La clave del éxito de la plataforma es una nueva superficie resbaladiza de separación de flujo construida sobre la base del trabajo anterior de Dai en 2018 para capturar agua de la niebla y el aire. Inspirada en las hojas de arroz y las plantas de jarra que pueden atrapar y dirigir las gotas de agua, la superficie porosa hidrofílica resbaladiza con infusión de líquido (SLIPS) tiene una propiedad única de absorción de agua que ayuda a dirigir las gotas de agua hacia los canales. Los canales también están revestidos con SLIPS, lo que ayuda a evitar que el líquido retrolave ​​hacia la superficie de recolección inicial.

«La fuerza de tensión superficial mueve el líquido desde la superficie de recolección hacia el canal, lo cual es bueno para la recolección continua de agua», dijo Dai. «Los canales en forma de hongo son únicos porque bloquean el líquido en el interior».

La publicación marcó un gran logro para Zongqi Guo PhD’21, primer autor del estudio, quien obtuvo su título en diciembre.

«Este trabajo es un resumen de mi investigación de doctorado. Combinamos microfluidos, microfabricación y química de superficies para revelar los nuevos fundamentos para la sostenibilidad del agua, que es la separación del flujo», dijo Guo, ahora becario postdoctoral en la Universidad de Minnesota.

La tecnología tiene una variedad de aplicaciones, incluidos usos militares. Dai recibió un premio del Programa de Jóvenes Investigadores de la Oficina de Investigación del Ejército en 2019 para avanzar en la investigación, que también está financiada por la Fundación Nacional de Ciencias.

«Los soldados deben poder beber agua dondequiera que estén», dijo Dai. «Esto requiere una tecnología de recolección de agua descentralizada».

Debido a que la tecnología elimina la humedad del aire, también podría ser útil en el procesamiento de alimentos y otros entornos que requieren control de la humedad, dijo. El equipo de Dai continúa mejorando la tecnología y trabajando para generar impactos más amplios.

El Dr. Joshua Summers, profesor y jefe del departamento de ingeniería mecánica, dijo que la investigación de Dai aborda la importancia de mejorar el bienestar de todas las personas.

«Con suerte, esta publicación puede ayudar a estimular el descubrimiento científico y la ingeniería de soluciones que se pueden implementar ampliamente donde se debe recolectar la humedad», dijo Summers. «Como gran fanático de ‘Star Wars’, estoy emocionado de ver que nos estamos acercando a las ‘granjas de humedad’ de la juventud de Luke».

Los coautores del estudio incluyen a Dylan Boylan, estudiante graduado de ingeniería mecánica, y el Dr. Li Shan, investigador asociado de ingeniería mecánica.