工程师们发明了一种类似海绵的设备，可以从稀薄的空气中捕获水分，并利用太阳能将其释放到杯中，即使在其他技术（如雾收集和辐射冷却）挣扎的低湿度环境中也能有效工作。这种空气取水设备在广泛的湿度水平（30% – 90%）和温度（5 – 55摄氏度）范围内保持有效。
来自澳大利亚和中国的工程师们发明了一种类似海绵的设备，可以从稀薄的空气中捕获水分，并利用太阳能将其释放到杯中，即使在其他技术（如雾收集和辐射冷却）挣扎的低湿度环境中也能有效工作。
这种空气取水设备在广泛的湿度水平（30% – 90%）和温度（5 – 55摄氏度）范围内保持有效。
来自墨尔本RMIT大学的高级研究员德里克·郝博士表示，这项发明依赖于经过改进的巴尔萨木材的天然海绵结构，经过调整以吸收大气中的水分并按需释放。
团队为他们的研究开发的基于木材的复合材料紧密贴合一个带有穹顶盖和防污染托盘的杯子，包含冷却机制和由太阳能驱动的激活系统。
“全球有数十亿人缺乏可饮用水，每年有数百万人因水传播疾病而死亡，”郝说。他是RMIT科学学院的材料科学家和环境工程师。
郝是这项研究的通讯作者，该研究与中国五个研究机构合作开展，由浙江农林大学的侯俊峰博士主导。
“我们的团队发明了一种由木材的海绵支架、氯化锂、氧化铁纳米颗粒、碳纳米管层和其他专用特性组成的设备，”郝说。
团队利用人工智能对设备在不同环境条件下的水收集和排放性能进行准确预测和优化。
**关键时刻**
这种海绵材料是早期实验室原型，当杯子的盖子打开时，会从大气中吸收水分。当盖子在阳光下关闭时，水会释放到杯中。
在实验室条件下，这种空气取水设备在90%的相对湿度下每克材料吸收约2毫升水，并在阳光照射下的10小时内几乎释放所有水分——这比大多数其他已知方法的效率都高，且成本更低。使用九个海绵块，每个重0.8克，可以吸收并释放15毫升水进入杯中。
“在户外测试中，我们的设备每克材料过夜捕获了2.5毫升水，并在白天释放出大部分水，达到了94%的日常水收集效率，”侯说。
“在30%的湿度下，我们的设备每克材料吸收水分约为0.6毫升。
“这些结果突显了其在离网太阳能水收集系统中的潜在应用。”
**自然启发设计的好处**
郝表示，使用天然木材作为基材不仅降低了成本，还提供了结构完整性，并通过其多孔结构增强了水的运输。
“这些特性使材料能够大规模生产，并用于在偏远或干旱地区进行水收集等现实世界应用，”他说。
“该设备在-20摄氏度下储存20天后仍保持灵活性和水吸收功能，展示了其出色的抗冻性。
“其湿度吸收-释放性能在连续10个循环中保持稳定，效率下降不到12%。”
**潜在应用和可扩展性**
郝表示，如果团队能够扩大规模并优化模块化创新，该设备将适用于紧急情况下的应用，如自然灾害后水源受到破坏时。
“目前演示单元的大小为15立方毫米，制作更大的单元或将单元组成阵列将非常容易，”郝说。
“在灾后受影响地区，该设备利用仅有的阳光从大气中收集饮用水，使其具有无可替代的价值，传统水源受到损害的地方更是如此。该系统的可携带性和对可再生能源的依赖进一步增强了其在这些环境中的适用性。”
郝表示，该材料在设计时考虑了可扩展性和经济性。
“主要成分巴尔萨木广泛可得、生物可降解且价格低廉，且制造过程不复杂，这可能使大规模生产成为可能。
“在多次循环和不同环境条件下表现出稳定性能表明其持久性和经济效益。”
郝表示，团队正在与潜在的行业合作伙伴讨论试点生产和现场部署，整合到模块化的空气取水收集系统中。
“结合热能储存的太阳能板可以实现全天候运行，特别是在阳光间歇的地区，”他说。
郝表示，利用物联网传感器开发自动控制系统来监测相对湿度、温度和太阳光强度，可以进一步优化水收集周期。
“在本研究中使用的人工智能设计基础上，可以开发更先进的设计平台，以筛选新材料组合并预测长期水吸收和释放性能，”他说。
