全球许多沿海干旱地区面临着严峻的水资源短缺问题，尤其是在持续干旱季节，寻找高效且低成本的水源变得尤为重要。雾收集作为一种古老而有效的水资源获取方法，正逐渐受到现代科技的关注和发展。雾收集利用空气中的水汽凝结成小水珠，从而获取新鲜水源，广泛分布于全球一些多雾地区。弗吉尼亚理工大学的科学家们正致力于优化这项技术，通过创新的“雾竖琴”设计，显著提升了收集效率并解决了传统设备所面临的关键挑战。传统的雾收集技术主要依赖于网状结构，这些网格通常由细线组成，线面附有亲水或疏水性涂层，以促进水珠的凝结和收集。然而，这种设计存在一个显著的缺点：细小的网眼和线径虽然有利于捕捉微小水滴，但却极易导致水滴在网面上的聚集和阻塞，形成连续的水膜，进而阻碍后续水滴的捕获和流动，这大大降低了整体的采水效率。
针对这一问题，弗吉尼亚理工大学的研究团队在2018年提出了“雾竖琴”的概念，这种设计摒弃了传统网格中纵横交错的结构，而采用仅由垂直细丝组成的装置。灵感来源于加利福尼亚红木树，它们的针叶排列呈平行结构，据研究红木能够从雾中获取多达35%的年度水分。垂直排列的细丝使得水珠可以在重力作用下顺畅滑落，避免了交叉点水流阻塞的问题。实验室内的缩尺模型测试显示，雾竖琴的水收集效率比传统网状结构高出2至7倍，展现了极大的应用潜力。然而，当研究团队将这种结构放大至1米见方的实际尺寸，并放置于蒙特雷湾进行野外测试时，出现了新的挑战。较大的尺寸使得由于表面张力作用，垂直的细丝容易彼此吸引、粘连，类似于湿发时的缠结状况，导致结构出现局部聚集和堵塞，反而影响了水滴的流动与收集效率。
为解决这些现实问题，团队提出了创新的混合结构设计，在垂直细丝之间引入了周期性设置的水平细丝作为支撑。这种设计有如在吉他指板上设置的品格，将悬挂的细丝群分隔开来，防止其相互粘连，又保留了垂直细丝的优势。通过调节水平细丝的数量和间隔，科学家们在实验中找到了最佳平衡点，实现了裂解聚结现象，有效抵抗水幕形成，从而保持了高效的水收集能力。实验数据表明，包含三至五根横向连结的混合雾竖琴，其采水效率最高，甚至超越了之前的所有设计，是一个理想的性能区间。这种设计思路不同于传统靠化学涂层来调控水汽凝结和流动路径的方法，转而通过几何结构上的优化，巧妙解决了堵塞问题。团队特别强调，不需要昂贵或复杂的表面处理，仅凭结构优化即可突破效率瓶颈，且这种设计能兼容现有的不锈钢丝材质，成本可控且更易于大规模推广。
为了制造雾竖琴原型，研究人员利用3D打印技术制作了微弱疏水性的塑料丝模型，方便多样设计的快速验证。未来他们计划测试更大尺度的户外原型，并将电场技术应用于混合结构，以期在水珠收集过程中进一步增强效率。施加电压可促进水珠的移动和脱落，据悉配合防堵塞的结构设计，电驱动雾竖琴有望带来更高的产水量。尽管当前的研究重点是为多雾的沿海干旱地区提供直接饮用水或灌溉用水，但科学家们也看到了其他潜在应用前景。例如高速公路、机场跑道等地常因雾气影响能见度和安全性，安装此类高效的雾收集设备有望快速移除空气中的水雾，改善交通安全。此外，某些工业环境中使用的气体制备工艺或制冷系统产生的“冰雾”，同样可以通过雾竖琴来净化空气，减少雾气对周边环境的影响。
总体来看，弗吉尼亚理工大学科学家对雾收集技术的升级不仅是对已有方法的改良，更是技术思路上的创新，从化学涂层依赖转向结构几何优化。未来，随着材料科学和自动化制造技术的进步，雾竖琴有望成为全球范围内利用天然资源、缓解水危机的关键解决方案。它所体现的可持续发展理念和环境友好特点，也赋予这项技术广阔的应用前景和市场价值。对于资源匮乏且多雾的沿海及内陆高地地带来说，这种低维护、易扩展且高效的水收集设备，不仅有望改善生活质量，也能推动区域生态恢复与经济发展。随着科学家们不断深化研究，结合智能监测和控制系统，雾竖琴未来将实现自动优化运行，最大化地捕获空气中的珍贵水资源。总之，弗吉尼亚理工大学的团队以其创新性设计，为解决全球水资源紧缺提供了切实可行的技术路径。
雾竖琴这种融合生物启发与工程智慧的设备，将很可能成为21世纪水务技术领域的一大亮点，引领未来雾收集技术迈向新高度。
