Människor kan klara sig i de mest grundläggande skyddsrum, kan repa ihop en måltid från de mest ödmjuka ingredienserna. Men vi kan inte överleva utan rent vatten. Och på platser där vatten är knappt - världens öknar, till exempel – att få vatten till människor kräver tekniska prestationer och bevattning som kan vara besvärligt och dyrt.

Ett par nya studier från forskare vid Ohio State University erbjuder en möjlig lösning, inspirerad av naturen.

"Vi tänkte:'Hur kan vi samla vatten från den omgivande luften omkring oss?'", sa Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar och Howard D. Winbigler Professor i maskinteknik vid Ohio State. "Och så, vi tittade på de saker i naturen som redan gör det:kaktusen, skalbaggen, ökengräs."

Deras resultat publicerades 24 december i tidningen Filosofiska transaktioner av Royal Society . Verken samförfattades med Ohio State Ph.D. student Dev Gurera och med Ohio State ingenjörsforskare Dong Song.

Bhushans arbete fokuserar på att hitta naturinspirerade lösningar på samhällsproblem. I detta fall, hans forskargrupp tittade till öknen för att hitta liv som överlever trots begränsad tillgång till vatten.

kaktusen, skalbaggar och ökengräs samlar alla vatten som kondenserats från nattlig dimma, samla droppar från luften och filtrera dem till rötter eller reservoarer, ger tillräckligt med hydrering för att överleva.

Droppar vatten samlas på vaxfria, vattenavvisande stötar på en skalbaggs rygg, glida sedan mot skalbaggen på den plana ytan mellan stötarna. Ökengräs samlar vatten vid sina spetsar, kanalisera sedan vattnet mot deras rotsystem via kanaler i varje blad. En kaktus samlar vatten på sina hullingförsedda spetsar innan de leder dropparna nerför koniska ryggar till basen av växten.

Bhushans team studerade var och en av dessa levande varelser och insåg att de kunde bygga ett liknande – om än större – system för att tillåta människor att dra vatten från nattlig dimma eller kondens.

De började studera hur olika ytor kan samla vatten, och vilka ytor som kan vara mest effektiva. Med 3D-skrivare, de byggde ytor med stötar och hullingar, skapade sedan bifogade, dimmiga miljöer med en kommersiell luftfuktare för att se vilket system som samlade mest vatten.

De lärde sig att koniska former samlar mer vatten än cylindriska former - "vilket var vettigt, med tanke på vad vi vet om kaktusen, " sa Bhushan. Anledningen till att det händer, han sa, beror på ett fysikfenomen som kallas Laplace-tryckgradienten. Vatten samlas vid spetsen av konen, rinner sedan ner för konens sluttning till botten, där en reservoar väntar.

Räfflade ytor flyttade vatten snabbare än räfflade ytor - "vilket verkar uppenbart i efterhand, på grund av vad vi vet om gräs, " sa Bhushan. I forskargruppens experiment, räfflade ytor samlade ungefär dubbelt så mycket vatten som oräfflade ytor.

Materialet som kottarna var gjorda av spelade roll, för. Hydrofoba ytor - de som tillät vatten att pärla upp sig istället för att absorbera det - samlade mest vatten.

"Baggens ytmaterial är heterogent, med hydrofila fläckar omgivna av hydrofoba områden, som gör att vatten lättare kan flöda till skalbaggens mun, " förklarade Bhushan.

Forskargruppen experimenterade också med en struktur som inkluderade flera koner, och lärde sig att mer vatten ackumulerades när vattendroppar kunde smälta samman mellan koner som var en eller två millimeter från varandra. Teamet fortsätter dessa experiment, Sa Bhushan.

Arbetet har hittills utförts på enbart laboratorienivå, men Bhushan föreställer sig att arbetet skalas upp, med strukturer i öknen som kan samla vatten från dimma eller kondens. Det vattnet, han tror, kan komplettera vatten från offentliga system eller brunnar, antingen hus för hus, eller på samhällsomfattande basis.

Det finns prejudikat för idén:I områden runt om i världen, inklusive Atacamaöknen i Chile, stora nät fångar upp vatten från dimma och samlar upp det i reservoarer som bönder och andra kan använda. Dessa nät är kanske inte det mest effektiva sättet att utnyttja vatten från luften, Bhushan tror.

"Vattenförsörjning är en mycket viktig fråga, speciellt för människor i de mest torra delarna av världen, ", sa Bhushan. "Genom att använda bioinspirerad teknik, vi kan hjälpa till att ta itu med utmaningen att tillhandahålla rent vatten till människor runt om i världen, på ett så effektivt sätt som möjligt."