Quasi 800 milioni di persone in tutto il mondo non hanno accesso all'acqua potabile sicura, e circa 2,5 miliardi di persone vivono in condizioni precariamente insalubri, secondo i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie. Insieme, l'acqua potabile non sicura e la fornitura inadeguata di acqua per scopi igienici contribuiscono a quasi il 90% di tutti i decessi per malattie diarroiche e gli interventi efficaci di risanamento dell'acqua mettono ancora alla prova scienziati e ingegneri.
Un nuovo studio pubblicato su Nanotecnologia della natura propone una nuova strategia basata sulla nanotecnologia per migliorare la filtrazione dell'acqua. Il progetto di ricerca riguarda le minuscole vibrazioni di nanotubi di carbonio chiamati "fononi, " che migliorano notevolmente la diffusione dell'acqua attraverso i filtri igienico-sanitari. Il progetto è stato lo sforzo congiunto di un team di ricerca della Tsinghua University-Tel Aviv University ed è stato guidato dal Prof. Quanshui Zheng del Tsinghua Center for Nano and Micro Mechanics e dal Prof. Michael Urbakh della Scuola di Chimica TAU, entrambi del Centro TAU-Tsinghua XIN, in collaborazione con il Prof. Francois Gray dell'Università di Ginevra.
Scuotere, sonaglio, e rotola
"Abbiamo scoperto che vibrazioni molto piccole aiutano i materiali, sia bagnato che asciutto, scorrere più agevolmente l'uno sull'altro, " ha affermato il prof. Urbakh. "Attraverso le oscillazioni fononiche, le vibrazioni dei nanotubi che trasportano l'acqua, il trasporto dell'acqua può essere migliorato, e l'igiene e la desalinizzazione sono migliorate. I sistemi di filtrazione dell'acqua richiedono molta energia a causa dell'attrito a livello nanometrico. Con queste oscillazioni, però, abbiamo assistito a tre volte l'efficienza del trasporto dell'acqua, e, Certo, una grande quantità di energia risparmiata."
Il gruppo di ricerca è riuscito a dimostrare come, nelle giuste condizioni, tali vibrazioni producono un miglioramento del 300% nella velocità di diffusione dell'acqua utilizzando computer per simulare il flusso di molecole d'acqua che fluiscono attraverso i nanotubi. I risultati hanno importanti implicazioni per i processi di desalinizzazione e il risparmio energetico, per esempio. migliorare l'efficienza energetica per la desalinizzazione utilizzando membrane ad osmosi inversa con pori a livello di nanoscala, o risparmio energetico, per esempio. membrane con nanotubi di nitruro di boro.
Crowdsourcing della soluzione
Il progetto, avviato dalla World Community Grid di IBM, è stato un esperimento di crowdsourcing, condotto da oltre 150 persone, 000 volontari che hanno contribuito alla ricerca con la propria potenza di calcolo.
"Il nostro progetto ha ottenuto il privilegio di utilizzare la griglia della comunità mondiale di IBM, una piattaforma aperta di utenti da tutto il mondo, per eseguire il nostro programma e ottenere risultati precisi, " ha detto il Prof. Urbakh. "Questo è stato il primo progetto di questo tipo in Israele, e non avremmo mai potuto farcela con solo quattro studenti in laboratorio. Avremmo richiesto l'equivalente di quasi 40, 000 anni di potenza di elaborazione su un singolo computer. Invece abbiamo avuto il beneficio di circa 150, 000 volontari informatici da tutto il mondo, che hanno scaricato ed eseguito il progetto sui propri laptop e computer desktop.
"Il crowdsourcing sta giocando un ruolo sempre più importante nelle scoperte scientifiche, " Ha continuato il Prof. Urbakh. "Come mostra la nostra ricerca, la gamma di domande che possono beneficiare della partecipazione pubblica è in continua crescita".
Le simulazioni al computer sono state progettate da Ming Ma, che si è laureato alla Tsinghua University e sta facendo la sua ricerca post-dottorato nel gruppo del Prof. Urbakh alla TAU. Ming ha catalizzato la collaborazione internazionale. "Gli studenti di Tsinghua sono straordinari. Il progetto rappresenta la collaborazione molto positiva tra le due università, che si sta svolgendo a XIN e a causa di XIN, " ha detto il prof. Urbakh.
Altri partner di questo progetto internazionale includono ricercatori del London Centre for Nanotechnology dell'University College London; l'Università di Ginevra; l'Università di Sydney e la Monash University in Australia; e la Xi'an Jiaotong University in Cina. I ricercatori stanno attualmente discutendo con aziende interessate a sfruttare il know-how dell'oscillazione per vari progetti commerciali.
