Vad får du när du korsar ett nytt sätt att skörda vatten med en lätt dimma? Svaret:mycket mer vatten än du förväntade dig.

Utvecklingen av dimharpan, en Virginia Tech tvärvetenskaplig sammankoppling av ingenjörskonst med biomimetisk design, rapporterades första gången 2018. Hoppet bakom dimharpans utveckling var enkelt:i områden i världen där vatten är ont om men dimma, att ta upp användbart vatten från dimma kan bli ett hållbart alternativ. Medan dimnät redan används, dimharpans överlägsna effektivitet kan dramatiskt öka antalet regioner över hela världen där dimskörd är lönsamt. Skillnaden kommer i dimharpans kusliga förmåga att hämta vatten från mindre tät dimma än sina föregångare.

Det partnerskapande tillvägagångssättet har varit en kombination av ny design med befintlig vetenskap. Vetenskapen initierades med biträdande professor Jonathan Boreyko från Institutionen för maskinteknik vid Ingenjörshögskolan. Hans grupp antog en harpa tillvägagångssätt och karakteriserade prestandan av harpa prototyper. Designutvecklingen har letts av docent Brook Kennedy från Institutionen för industriell design vid College of Architecture and Urban Studies. Kennedys produktutveckling och materialkunskap förde projektet till den punkt där det kunde prototyperas och testas i verkliga miljöer. Tidig finansiering kom från Institutet för kreativitet, Konst, och teknik.

"Miljarder människor står inför vattenbrist över hela världen, " sade Kennedy. "Vi känner att dimharpan är ett bra exempel på en relativt enkel, lågteknologisk uppfinning som utnyttjar insikt från naturen för att hjälpa samhällen att möta deras mest grundläggande behov."

"Harpa"-designen använder parallella ledningar för att samla upp omgivande vatten från dimma, medan den nuvarande tekniken som används runt om i världen i första hand bygger på ett skärmnät. Den labbbeprövade teorin för den nya enheten var att parallella ledningar är mer effektiva för att samla vatten, undviker tilltäppning och förbättrar dräneringen till uppsamlaren. Forskarnas småskaliga tidiga tester visade att i hög dimma, deras harpor överträffade dem med maskor med en faktor två till en.

Testningen flyttade sedan bokstavligen till fältet. På de öppna fälten på Virginia Techs Kentland Farm, Brandon Hart, som då studerade, byggde takstrukturer för att förhindra nederbörd från att påverka fynden. Under dessa täcken, dimharpor placerades sida vid sida med tre olika nätskördare:en med tråddiametrar motsvarande harpan, en med en trådstorlek som är mer optimal för skörd, och en med Raschel-nät – ett nät tillverkat av platta band i v-formade uppsättningar mellan horisontella stöd. Detta v-formade nät är för närvarande det mest populära bland dimskördarplatser runt om i världen.

Medan kraftig dimma användes i labbet, de faktiska dimförhållandena kring Virginia Tech är i allmänhet mycket lättare. När fälttester började, Boreyko och Kennedy var skeptiska till att den tillgängliga dimman skulle ge den feedback de behövde för att göra adekvata tester. De blev positivt överraskade.

När dimma började rulla över kullarna i New River Valley, dimharpor visade alltid resultat. I tunn dimma, nätuppsamlarnas uppsamlingsrör var helt fria från dropp. Även när dimdensiteten ökade, harporna fortsatte att överträffa sina följeslagare. Beroende på dimmans täthet, detta varierade från dubbelt så mycket produktion till nästan 20 gånger.

Att sammanföra labbstudier och fältdata, forskare fastställde att insamlingspotential är resultatet av flera faktorer. Störst bland dessa är storleken på insamlingsbara vattendroppar mellan nät och harpa. Ska skördas i båda fallen, vatten måste fångas upp på nätet eller harpan när luft passerar igenom, färdas nedåt till uppsamlingsplatser med gravitationen. Dimharpor använder endast vertikala trådar, skapa en obehindrad väg för mobila droppar. Nätsamlare, däremot har både horisontell och vertikal konstruktion, och vattendroppar måste vara betydligt större för att korsa de horisontella bitarna. I fälttester, nätsamlare krävde rutinmässigt droppar som nådde en storlek som var ungefär 100 gånger större än de på harpor innan de gick ner. Vatten som aldrig droppar kommer helt enkelt att avdunsta och kan inte samlas upp.

"Vi visste redan att i tung dimma, vi kan få minst två gånger så mycket vatten, ", sa Boreyko. "Men att inse i våra fälttester att vi kan få upp till 20 gånger mer vatten i genomsnitt i en måttlig dimma ger oss hopp om att vi dramatiskt kan öka bredden av regioner där dimskörd är ett livskraftigt verktyg för att bli decentraliserad, färskvatten."