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Los cactus inspiran un dispositivo para capturar agua

por Haiman El Troudi
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Los cactus inspiran un dispositivo para capturar agua

Pequeñas estructuras inspiradas en la forma de las espinas de los cactus permiten recolectar agua potable del aire tanto de día como de noche, lo que significa que el mundo cuenta con otra innovación para contribuir a solucionar la escasez del vital líquido.

Expertos del instituto Caltech (California Institute of Technology), han creado una membrana con secciones puntiagudas de hidrogel de microarquitectura, que puede producir agua a través de dos procesos independientes: la generación de vapor-agua solar y la recolección de niebla. Los cuales, generalmente, requieren dispositivos diferentes.

La investigación, publicada en la revista Nature Communications por los científicos Julia R. Greer y Ye Shi, tuvo como reto combinar los procesos en un solo dispositivo y generar agua limpia las 24 horas del día.

Polímeros amantes del agua

Los cactus inspiran un dispositivo para capturar agua

Imágenes representativas de una matriz de microárbol de gel fabricada con PVA/PP Barra de escala: 1 cm.

De acuerdo al estudio, las espinas hechas de hidrogel actúan como una red de polímeros hidrófilos (amantes del agua), cuyo objetivo es atraer el vital líquido de forma natural y, debido a su pequeño tamaño, se pueden imprimir en una membrana delgada como una oblea.

Entonces, durante el día, la membrana de hidrogel absorbe la luz solar para calentar el agua atrapada debajo, que se convierte en vapor. Luego, el vapor se vuelve a condensar en una cubierta transparente, donde se puede recolectar.

Los cactus inspiran un dispositivo para capturar agua

Mientras que en la noche, la cubierta transparente se pliega y la membrana de hidrogel se expone al aire húmedo para capturar la niebla. Es así como el material puede recolectar agua tanto del vapor como de la niebla.

La investigadora Julia Greer ha expresado que a los materiales de micro y nanoarquitectura con las mismas formas, se les puede controlar – de acuerdo a su escala y longitud – las propiedades inusuales y potencialmente útiles, principio que cumple la membrana de hidrogel.

Cómo produce agua la membrana de hidrogel

 

Los cactus inspiran un dispositivo para capturar agua

El diseño de microingeniería y bioinspiración permite que el material recoja la humedad de la niebla fría y genere y recoja vapor bajo el sol.

Los cactus están especialmente adaptados para sobrevivir en climas secos. En tal sentido, el investigador Ye Shí explicó que las espinas de hidrogel, las cuales llaman micro árboles, atraen gotitas microscópicas de agua que están suspendidas en el aire, lo que les permite deslizarse por la base de la espina y fusionarse con otras gotitas en gotas relativamente pesadas que, eventualmente, convergen en un depósito de agua.

Los cactus inspiran un dispositivo para capturar agua

Se pudo comprobar, en una prueba de funcionamiento, que se recolectaron alrededor de 35 mililitros de agua de la niebla con las gotas de agua deslizándose durante la noche en una membrana de hidrogel con un área de entre 55 y 125 centímetros cuadrados. Por otor lado, en las pruebas realizadas durante el día, la membrana fue capaz de recolectar alrededor de 125 mililitros del vapor solar.

En opinión de la profesora Greer, el resultado es realmente inspirador pues el que una membrana de polímero hidrófilo relativamente simple, pueda moldear hasta parecerse a las espinas de los cactus, y sea capaz de mejorar enormemente la recolección de agua, hace creer que la evolución realmente funciona.

El hallazgo de las espinas de hidrogel

Los cactus inspiran un dispositivo para capturar agua

Imagen de una de las púas de la membrana. Barra de escala: 1 mm.

Los dos expertos del instituto Caltech narraron que la utilización de modelos informáticos en el cálculo de la distribución de calor dentro de los microárboles, permitió definir el tamaño y la forma más efectivos para extraer agua de la niebla y el vapor-agua solar.

Para afinar este diseño de los microárboles, Greer y Shi trabajaron con Harry Atwater de Caltech; el profesor Howard Hughes de Física Aplicada y Ciencia de Materiales; y Ognjen Ilic, ex becario postdoctoral en Caltech y ahora profesor asistente del Benjamin Mayhugh de Ingeniería Mecánica, en la Universidad de Minnesota

Con la exitosa prueba de concepto de los modelos informáticos, el equipo ahora espera encontrar un socio privado capaz de comercializar la tecnología para regiones con escasez de agua, ya que el hidrogel en sí es un gel compuesto de alcohol polivinílico / polipirrol (PVA / PPy), un material flexible y no tóxico que se utiliza en numerosas aplicaciones como condensadores, sensores de temperatura y tensión portátiles, así como baterías.

Muy poca agua dulce disponible

Recordó Greer que el agua cubre las tres cuartas partes del mundo, pero que solo alrededor de la mitad del uno por ciento es agua dulce disponible.

Por esta razón vale reflexionar que, si bien el estudio es un aporte para empezar a superar la escasez de agua en las zonas más áridas del mundo, es indispensable que la humanidad no continúe cambiando el clima con su forma de vivir y de producir.

El ciclo hidrológico está siendo severamente alterado por una descontrolada intervención humana. Si no se logra revertir esta situación, las generaciones futuras no contarán con un legado hídrico sostenible y renovable, que los llevará a la extinción.

 

Con información de Iagua y El Agora Diario

Fotos cortesía de Smart Water Magazine, Iagua, El Agora Diario y BBC News


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