随着全球气候变化和人口增长加剧，水资源短缺成为人类面临的重大挑战之一。尤其是在干旱和半干旱地区，传统水源如地下水、湖泊和河流不断减少，安全饮用水的获取变得愈发困难。在这条艰难的道路上，麻省理工学院（MIT）的工程师团队创造性地设计了一款窗口大小的“水收集器”，能够直接从空气中捕获水分，即使在极端干燥如死亡谷这样的环境下也能高效运作，为人类解决饮用水短缺问题带来了新的希望。全球有超过22亿人缺乏安全饮水，甚至在发达国家如美国，依然有超过4600万人面临用水不安全问题。传统水资源的有限和污染问题迫切催生了创新的替代方案。地球大气层中蕴藏着庞大的水蒸气资源，如果能够安全、高效地捕获并凝结成饮用水，将极大缓解全球水危机。
MIT团队正是在这样的大背景下，开发了这款革命性的被动式大气水收集设备。该装置外形类似一个窗口面板，采用黑色的吸水水凝胶材料制成，并被包裹在涂有冷却膜的玻璃腔体中。这种水凝胶如同“气泡膜”一般，表面布满微小的半球形凸起，这些凸起在吸收空气中的水蒸气时会膨胀，随后当水蒸气蒸发冷凝到玻璃表面时，凸起则会收缩回原状，形成类似折纸的动态过程。外侧的玻璃表面因冷却膜的作用，促进水蒸气向液态水的凝结，水最终沿着装置收集管道流出，成为清洁可饮用的水。该设备的最大亮点在于其完全被动运行，不依赖电池、太阳能板或任何电力支持。这意味着在资源匮乏、基础设施不完善的偏远或干旱地区，也能稳定发挥作用。
MIT团队在美国死亡谷进行了长达一周的现场测试，在相对极端的干燥条件下，设备仍然每天采集约160毫升饮用水，约等于半杯水的量。测试期间相对湿度覆盖了21%到88%的范围，显示其在多种湿度条件下都能持续供水。研究人员估计，通过增加多个此类垂直面板组成的装置阵列，足以满足一个家庭日常饮水需求。并且在湿度更高的温带或热带地区，收集效率将更高，供水能力更加可观。水凝胶材料的选择和设计是设备成功的核心。传统的水蒸气收集材料多利用金属有机框架（MOFs），这类材料虽然孔隙度高，但吸水时不具备膨胀特性，且承载水蒸气的体积有限。
MIT团队采用的水凝胶不仅柔软且多孔，能够像海绵一样膨胀吸水，极大提升了水蒸气的捕捉量。水凝胶中另一个关键成分是甘油，这种液态化合物能稳定盐分，防止常用吸盐剂如氯化锂在储水过程中渗漏，保证了收集饮用水的安全性——盐分含量远低于世界卫生组织规定的饮用标准。此外，水凝胶采用无纳米孔结构设计，进一步阻止了盐分泄漏，为纯净水质把关。设计上，水凝胶塑造成充满洞孔的半球形结构，极大地增加了暴露于空气的表面积，使得单位面积能够吸附更多的水蒸气，提升了整体效率。玻璃罩外层涂层则通过降低表面温度促进蒸汽凝结，形成了一个高效的水循环系统。该研究的带头人是现任新加坡国立大学助理教授的刘昌和博士，他与MIT多个研究机构和国际合作伙伴共同完成了这项成果。
实验数据表明，尽管每日采集量相对有限，但该设备相较于同类被动或部分主动设备，在低湿度条件下具备显著优势。团队成员表示，下一步将对水凝胶材料本身进行性能优化，同时扩大装置规模，如多面板并联设计，以实现更大规模饮水供应。高效、廉价且环保的这种设计理念，有望在资源受限的乡村地区、沙漠边缘乃至战场和应急场所广泛应用，显著提升生活质量。除了用作家庭饮用水解决方案，装置的结构简洁且易于制造，还能够适配各种气候条件。未来，带有自动调节温度功能和智能控制的先进版可望实现全天候24小时稳定供水。此外，MIT团队致力于将该技术推广至全球水资源极度短缺的区域，如非洲撒哈拉边缘、中东诸国及亚太地区的干旱内陆，提高这些地区居民的饮水安全和生活福利。
该研究发表在2025年6月的《Nature Water》期刊上，详细介绍了从材料选择、结构设计到现场实验的全过程。研究的资金支持来源包括MIT J-WAFS水和食品创新基金、MIT与香港中文大学的联合计划及摩洛哥UM6P-MIT合作项目。水资源的可持续利用是21世纪人类社会面临的重大课题。麻省理工学院推出的这款具有颠覆意义的水收集装置，以其创新的材料科学和独特的设计，突破了传统观念，证明即使是“空气”也能成为可靠的水源。尽管目前装置的单体产水量有限，但其被动式、无电力依赖的特性为未来实现绿色、安全、易获取饮用水的愿景奠定了坚实基础。对水资源短缺问题的科技投入与创新，将推动人类社会向水安全的未来迈进。
未来，随着技术的成熟和规模化应用，太阳能、风能之外，环境中“空气中的水”有望成为新的关键清洁水源，造福全世界数十亿缺水人口。
