Dimskörd kan se ut som ett nyckfullt arbete.

Trots allt, Att installera jättenät längs sluttningar och bergstoppar för att fånga upp vatten ur tomma luften låter mer som dårskap än vetenskap. Dock, praktiken har blivit en viktig väg till rent vatten för många som lever i torra och halvtorra klimat runt om i världen.

En passiv, hållbar, och effektiv metod för vattenuppsamling, Dimskörd består av att fånga upp de mikroskopiska vattendroppar som svävar i vinden som utgör dimma. Dimskörd är möjlig - och har fått dragkraft under de senaste decennierna - i områden i Afrika, Sydamerika, Asien, Mellanöstern, och även Kalifornien. Som illustreras av de senaste rubrikerna från Sydafrikas nedräkning till "Day Zero, " eller dagen då vattenkranarna förväntas bli torra, Vattenbrist fortsätter att vara ett växande problem över hela världen. Ledande forskare uppskattar nu att två tredjedelar av världens befolkning redan lever under förhållanden med allvarlig vattenbrist minst en månad om året.

Dimskörd kan hjälpa till att lindra den bristen, och nu har ett tvärvetenskapligt forskarlag vid Virginia Tech förbättrat den traditionella designen av dimnät för att öka deras insamlingskapacitet med tre gånger.

Publicerad i ACS tillämpade material och gränssnitt och delvis finansierad av Virginia Tech Institute for Creativity, Konst, och teknik, teamets forskning visar hur en vertikal samling av parallella ledningar kan förändra prognosen för dimskördare. I en design har forskarna kallat "dimharpan, " dessa vertikala trådar släpper ut små vattendroppar snabbare och mer effektivt än det traditionella nätnätet som används i dimnät.

"Ur designsynpunkt, Jag har alltid tyckt att det är något magiskt att du i princip kan använda något som ser ut som nätdörrsnät för att översätta dimma till dricksvatten, sa Brook Kennedy, docent i industriell design vid Högskolan för arkitektur och stadsstudier och en av studiens medförfattare. "Men dessa parallella trådarrayer är verkligen dimharpans speciella ingrediens."

Dimnät har använts sedan 1980-talet och kan ge rent vatten i alla områden som ofta upplever, rörlig dimma. När vinden flyttar dimmans mikroskopiska vattendroppar genom näten, några fastnar i nätets upphängda vajrar. Dessa droppar samlas och smälter samman tills de har tillräckligt med vikt för att färdas ner i näten och slå sig ner i uppsamlingstråg nedanför. I några av de största projekten för dimskörd, dessa nät samlar i genomsnitt 6, 000 liter vatten varje dag.

Dock, den traditionella nätdesignen av dimnät har länge utgjort ett problem med dubbla begränsningar för forskare och ingenjörer. Om hålen i nätet är för stora, vattendroppar passerar igenom utan att fastna i nätets vajrar. Om nätet är för fint, näten fångar mer vatten, men vattendropparna täpper till nätet utan att rinna ner i tråget och vinden rör sig inte längre genom näten.

Således, dimnät syftar till en medelväg, en Goldilocks-zon för dimskörd:nät som inte är för stort och inte för litet. Denna kompromiss innebär att näten kan undvika igensättning, men de fångar inte så mycket vatten som de skulle kunna vara.

"Det är ett effektivitetsproblem och motivationen för vår forskning, sa Jonathan Boreyko, biträdande professor vid institutionen för biomedicinsk teknik och mekanik vid Ingenjörshögskolan. Som medförfattare till studien, Boreyko rådfrågade om teorin och de fysiska aspekterna av dimharpans design.

"Den där dolda regimen att göra ledningarna mindre men inte täppa till är vad vi försökte åstadkomma. Det skulle vara det bästa av två världar, " han sa.

Eftersom vattendropparna som fångas i ett dimnät rör sig nedåt med gravitationen, Boreyko antog att ta bort de horisontella trådarna från nätet skulle lindra en del av igensättningen. Under tiden, Kennedy, som är specialiserad på biomimetisk design, hittade sin inspiration till dimharpan i naturen.

"I genomsnitt, kustnära redwoods är beroende av dimdropp för ungefär en tredjedel av sitt vattenintag, ", sa Kennedy. "Dessa sequoiaträd som lever längs Kaliforniens kust har utvecklats under långa tidsperioder för att dra fördel av det dimmiga klimatet. Deras nålar, som en traditionell tall, är organiserade i en typ av linjär array. Du ser inte korsmaskor."

Mark Andersson, en studiemedförfattare och dåvarande doktorand vid institutionen för maskinteknik, built several scale models of the fog harp with varying sizes of wires. Weiwei Shi, a doctoral student in the engineering mechanics doctoral program as well as the study's lead author, tested the small prototypes in an environmental chamber and developed a theoretical model of the experiment.

"We found that the smaller the wires, the more efficient the water collection was, " said Boreyko. "These vertical arrays kept catching more and more fog, but the clogging never happened."

The team has already constructed a larger prototype of the fog harp - a vertical array of 700 wires that measures 3 feet by 3 feet - in an effort led by Josh Tulkoff, study co-author and a then-undergraduate student in the industrial design program. They plan to test the prototype on nearby Kentland Farm.

Through its unique combination of science and design, the researchers hope the fog harp will one day make a big impact where it's needed most - in the bottom of the water bucket.