La raccolta della nebbia può sembrare un lavoro stravagante.

Dopotutto, installare reti giganti lungo i pendii e le cime delle montagne per catturare l'acqua dal nulla sembra più una follia che una scienza. Però, la pratica è diventata un'importante via per pulire l'acqua per molti che vivono in climi aridi e semi-aridi in tutto il mondo.

un passivo, durevole, ed efficace metodo di raccolta dell'acqua, la raccolta della nebbia consiste nel catturare le microscopiche goccioline d'acqua sospese al vento che compongono la nebbia. La raccolta della nebbia è possibile - e ha guadagnato terreno negli ultimi decenni - in aree dell'Africa, Sud America, Asia, Medio Oriente, e persino la California. Come illustrato dai titoli recenti del conto alla rovescia del Sudafrica verso "Day Zero, "o il giorno in cui si prevede che i rubinetti dell'acqua si asciughino, la scarsità d'acqua continua a essere un problema crescente in tutto il mondo. I principali ricercatori ora stimano che i due terzi della popolazione mondiale vivono già in condizioni di grave scarsità d'acqua almeno un mese all'anno.

La raccolta della nebbia potrebbe aiutare ad alleviare questa carenza, e ora un team di ricerca interdisciplinare della Virginia Tech ha migliorato il design tradizionale delle reti per la nebbia per triplicare la loro capacità di raccolta.

Pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS e parzialmente finanziato dal Virginia Tech Institute for Creativity, arti, e Tecnologia, la ricerca del team dimostra come una serie verticale di fili paralleli possa cambiare le previsioni per i raccoglitori di nebbia. In un progetto i ricercatori hanno soprannominato "l'arpa della nebbia, "Questi fili verticali diffondono minuscole gocce d'acqua in modo più rapido ed efficiente rispetto alla tradizionale rete a maglie utilizzata nelle reti per la nebbia.

"Dal punto di vista del design, Ho sempre trovato un po' magico il fatto che tu possa essenzialmente usare qualcosa che assomigli a una rete per porte a zanzariera per tradurre la nebbia in acqua potabile, " ha detto Brook Kennedy, professore associato di disegno industriale presso la Facoltà di Architettura e Studi Urbani e uno dei coautori dello studio. "Ma questi array di cavi paralleli sono davvero l'ingrediente speciale dell'arpa della nebbia".

Le reti antinebbia sono in uso dagli anni '80 e possono produrre acqua pulita in qualsiasi area in cui si verificano frequenti, nebbia in movimento. Mentre il vento muove le microscopiche gocce d'acqua della nebbia attraverso le reti, alcuni rimangono impigliati nei fili sospesi della rete. Queste goccioline si raccolgono e si fondono finché non hanno un peso sufficiente per viaggiare lungo le reti e depositarsi nelle vasche di raccolta sottostanti. In alcuni dei più grandi progetti di raccolta della nebbia, queste reti raccolgono in media 6, 000 litri di acqua ogni giorno.

Però, il design tradizionale delle reti da nebbia ha posto a lungo un doppio problema di vincolo per scienziati e ingegneri. Se i fori nella rete sono troppo grandi, le gocce d'acqua passano senza impigliarsi nei fili della rete. Se la maglia è troppo fine, le reti catturano più acqua, ma le gocce d'acqua intasano la rete senza scendere nel trogolo e il vento non si muove più attraverso le reti.

Così, le reti da nebbia mirano a una via di mezzo, una zona di raccolta della nebbia riccioli d'oro:maglia non troppo grande e non troppo piccola. Questo compromesso significa che le reti possono evitare l'intasamento, ma non stanno catturando tutta l'acqua che potrebbero.

"È un problema di efficienza e la motivazione per la nostra ricerca, " ha detto Jonathan Boreyko, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica e Meccanica della Facoltà di Ingegneria. In qualità di coautore dello studio, Boreyko si è consultato sulla teoria e sugli aspetti fisici del progetto dell'arpa da nebbia.

"Quel regime nascosto di rendere i fili più piccoli ma non intasati è ciò che stavamo cercando di ottenere. Sarebbe il meglio di entrambi i mondi, " Egli ha detto.

Poiché le gocce d'acqua catturate in una rete di nebbia si muovono verso il basso con la gravità, Boreyko ipotizzò che rimuovere i fili orizzontali della rete avrebbe alleviato parte dell'intasamento. Nel frattempo, Kennedy, specializzato in progettazione biomimetica, ha trovato la sua ispirazione per l'arpa della nebbia in natura.

"In media, le sequoie costiere dipendono dal gocciolamento della nebbia per circa un terzo della loro assunzione di acqua, " ha detto Kennedy. "Queste sequoie che vivono lungo la costa della California si sono evolute per lunghi periodi di tempo per sfruttare quel clima nebbioso. I loro aghi, come quelli di un pino tradizionale, sono organizzati in un tipo di array lineare. Non vedi le maglie incrociate."

Marco Anderson, a study co-author and then-undergraduate student in the Department of Mechanical Engineering, 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.