Исследователи из Университета Ёнсе в Южной Корее совместно с коллегами из University of Bath, Renmin University of China и Korea Institute of Science and Technology представили самопитающуюся плавающую капсулу, которая одновременно оценивает качество питьевой воды и обеззараживает микроорганизмы. Устройство работает без батарей, внешнего источника питания и химических добавок. О разработке сообщается в журнале Nature Water.
Компактная система для децентрализованной очистки воды
Авторы называют решение floating-induced detection-guided disinfection capsule, или FDGD capsule. Это компактная и недорогая система, рассчитанная на децентрализованную очистку воды в условиях, где нет стабильного доступа к централизованным сетям водоподготовки. В исследовании устройство рассматривается как ответ на глобальную проблему безопасной питьевой воды, которая по-прежнему затрагивает миллиарды людей.
Капсула объединяет в одном объекте два этапа: мониторинг качества воды и ее обеззараживание. Пользователь запускает первый этап, встряхнув капсулу примерно на три секунды. Это движение приводит в действие встроенный электромагнитный генератор, который вырабатывает достаточно энергии для измерения общего содержания растворенных веществ, или TDS, — распространенного показателя качества воды. 
Измерение и передача данных
После измерения капсула может по Bluetooth передавать результаты на смартфон или смарт-часы. Таким образом, устройство не только очищает воду, но и позволяет получить базовую оценку ее состояния в том же процессе. Авторы подчеркивают, что вся система работает автономно и не требует ни фильтров, ни хлора, ни ультрафиолетового излучения, ни перезаряжаемых аккумуляторов.
Если показатель растворенных веществ остается в допустимых пределах, капсула автоматически переходит к этапу дезинфекции. Для этого она извлекает энергию из мягкого движения во время плавания в емкости с водой. Внутренний принцип работы основан на накоплении электростатических зарядов на границе между диэлектрической оболочкой капсулы и окружающей водой.
Как работает обеззараживание
Эти заряды концентрируются на микроскопических наностержневых структурах на поверхности капсулы и создают локализованные электрические поля. По данным исследования, этих полей достаточно, чтобы нарушать мембраны микробных клеток посредством электропорации. В результате бактерии и другие микроорганизмы нейтрализуются без внесения в воду химических остатков.
Лабораторные испытания показали более чем шестисоставное снижение микробной загрязненности, что эквивалентно устранению более 99,9999 процента микроорганизмов. Исследователи также сообщают, что капсула сохраняла работоспособность более чем в 120 циклах обработки и функционировала в емкостях объемом до четырех литров воды.
Потенциальные сценарии применения
Разработка вписывается в более широкое направление исследований децентрализованных водных технологий, способных работать независимо от крупных очистных систем. Существующие портативные решения для очистки воды уже распространены, однако многие из них зависят от сменных фильтров, химической обработки, ультрафиолетовых ламп или перезаряжаемых источников питания. FDGD capsule предлагает иной подход: устройство получает энергию напрямую от движения человека и окружающей среды.
В исследовании отмечается, что такая схема может быть полезна в чрезвычайных ситуациях, для гуманитарной помощи, во время отдыха на природе и в удаленных сообществах, где доступ к электричеству ограничен. При этом авторы подчеркивают, что для выхода за пределы лабораторных условий потребуются дополнительные испытания, прежде чем можно будет говорить о коммерциализации.
Исследовательская группа, работавшая над проектом, включает Min Jae Park, Dong-Min Lee, Zheng-Yang Huo, Sungjin Cho, Fengyi Pang, Sung Soo Kwak, Young-Jun Kim, Chris R. Bowen, Ming Xie и Sang-Woo Kim. Разработка FDGD capsule демонстрирует модель, в которой контроль качества воды и ее обеззараживание объединены в одном самопитающемся объекте.
Источник: Designboom
