麻省理工学院的工程师们研发出一种超声波设备，该设备能迅速从大气收集过程中所使用的吸附材料中释放出水。

该系统通过释放水分子而非加热的方式，显著提升了效率。借助小型太阳能电池供电，它每日可运行多个循环。这一突破有望让离网式空气制饮用水系统变得更加实用。

从空气中汲取水分

感到口渴吗？或许可以直接从空气中汲取饮用水。即便在极为干燥之地，空气中仍留存着微量湿气，只要借助合适的材料，便能将其捕获并转化为洁净可饮用的水。近几年来，研究人员已研发出诸多海绵状材料，能够完成这种“大气集水”过程。

然而，若要将这些材料中收集到的水分提取出来，通常需要借助热量——还需有足够的耐心。多数系统依靠阳光加热材料，直至其中截留的水分蒸发并凝结成液态，这一过程可能持续数小时甚至数日之久。

麻省理工学院的工程师们如今报告了一种加速该恢复步骤的方法。该团队并未依靠阳光来析出水，而是利用超声波振动，通过物理方式将水分震出。

超声波：更快实现水资源回收的途径

研究人员设计出一种可产生高频振动的超声波装置。当将一种名为“吸附剂”的吸水材料置于其上时，该装置会发射经调谐的超声波，使水分子从吸附剂中松脱。根据该团队的测试，相较于基于热量的方法所需的数十分钟乃至数小时，该装置仅需几分钟便可提取水分。

由于该装置不借助热能运作，因此需要外部能源供应。研究团队提出，可利用小型太阳能电池为系统供电，同时该电池还能充当传感器，在吸附剂达到饱和状态时发出信号。该装置甚至可编程设定为：一旦蓄水量达到可收集标准，便自动启动运行。凭借此类自动化设计，系统得以

为超声波水系统提供动力并实现自动化

麻省理工学院机械工程系首席研究科学家斯维特拉娜·博里斯基娜（Svetlana Boriskina）表示：“长久以来，人们一直在探寻从大气中收集水分的方法，这对于沙漠地区以及那些连海水都无法获取以供脱盐处理的地方而言，无疑是一大水源。如今，我们已找到一种能够快速且高效获取水分的方法。”

博里斯基纳（Boriskina）及其同事在今日（11 月 18 日）发表于《自然·通讯》（Nature Communications）的一项研究中介绍了他们的装置。该论文的第一作者是麻省理工学院媒体艺术与科学专业的研究生伊克拉·伊夫蒂哈尔·舒沃（Ikra Iftekhar Shuvo），共同作者还有卡洛斯·迪亚斯-马林（Carlos Díaz-Marín）、马文·克里斯坦（Marvin Christen）、迈克尔·莱尔贝特（Michael Lherbette）和克里斯托弗·利姆（Christopher Liem）。

取得突破性进展的麻省理工学院团队

麻省理工学院的博里斯基娜（Boriskina）团队专注于研究能以创新方式与周围环境产生交互作用的材料。该团队最近探索了大气集水（AWH）技术，以及如何通过材料工程从空气中提取水分。如果此类系统可靠，将能极大地帮助那些饮用水获取受限、甚至缺乏海水淡化条件的社区。

和许多研究者一样，鲍里斯基娜（Boriskina）的团队起初设想，若将大气集水（AWH）系统部署在户外，它便能在夜间收集水分，随后在白天依靠阳光自然蒸发所捕获的水分，再使其凝结以便收集。

博里斯基娜解释道：“任何擅长吸水的材料，都不愿轻易舍弃所吸附的水分。因此，要从这类材料中提取水分，需耗费大量能量与宝贵时间。”

除湿的棘手挑战

伊克拉·舒沃（Ikra Shuvo）加入她的团队后，她意识到或许存在一种更快捷的取水方式。舒沃一直致力于将超声波技术应用于可穿戴医疗设备领域。当舒沃和波里斯基纳（Boriskina）共同探讨新项目构想时，他们意识到超声波或许能够加速大气取水过程中的水回收环节。

博里斯基娜回忆道：“我恍然大悟：我们正试图解决这个重大难题，而现在伊克拉似乎拥有了一个可以用来解决这个问题的工具。”

超声波如何摇落自由水

超声波，即超声波波，是一种以超过20千赫兹（每秒20,000次循环）的频率传播的声压波。这种高频波人类无法看见或听见。并且，正如研究团队所发现的，超声波的振动频率恰好能将材料中的水分震出。

舒沃表示：“借助超声波，我们能够精准地打破水分子与其所在位置之间的弱键。这就好比水随着波浪翩翩起舞，这种定向的扰动会产生动力，使水分子得以释放，我们便能看见它们以水滴的形式摇曳而出。”

舒沃（Shuvo）与博里斯基纳（Boriskina）设计出一种新型超声驱动器，用于从大气集水材料中回收水分。该装置的核心部件是一个扁平陶瓷环，通电时会产生振动。陶瓷环外围环绕着一个布满微型喷嘴的外环。从集水材料中振落的水珠可经由这些喷嘴，落入振动环上下方所连接的收集容器中。

高频放水装置设计

研究团队在一种先前设计的大气集水材料上对该装置进行了测试。他们采用硬币大小的该材料样本，首先将每个样本置于湿度控制箱中，并设定不同的湿度水平。随着时间推移，样本逐渐吸收水分直至饱和。随后，研究人员将每个样本放置在超声致动器上并启动装置，使其以超声频率振动。在所有测试案例中，该装置均能在短短几分钟内抖落足够水分，使样本完全干燥。

在真实条件下测试执行器

研究人员计算得出，与利用太阳能加热相比，这种超声波设计从相同材料中提取水分的效率要高出 45 倍。

博里斯基纳（Boriskina）表示：“这一装置的精妙之处在于，它具有完全的互补性，几乎可以成为任何吸附材料的附加组件。”她设想，一个实用的家用系统可能由一种快速吸附材料和一个超声波驱动器组成，二者大小都与窗户相仿。一旦材料吸附饱和，由太阳能电池供电的驱动器便会短暂启动，将水分震落。随后，该材料便可再次投入使用，在一天内进行多次循环吸水。

迈向实用、高循环次数的日常制水之路

“关键在于每天能提取多少水，”她说道，“利用超声波技术，我们能够快速回收水资源，并实现循环往复的利用。如此一来，每日的总量便相当可观。”

参考文献：伊克拉·伊夫蒂哈尔·舒沃（Ikra Iftekhar Shuvo）、卡洛斯·D·迪亚兹-马林（Carlos D. Díaz-Marín）、马文·克里斯滕（Marvin Christen）、迈克尔·莱尔贝特（Michael Lherbette）、克里斯托弗·利姆（Christopher Liem）和斯维特拉娜·V·博里斯基纳（Svetlana V. Boriskina）发表于2025年11月18日《自然·通讯》（Nature Communications）上的文章《超声波萃取助力高效大气水收集》。 DOI：10.1038/s41467-025-65586-2

麻省理工学院阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔水与食物系统实验室以及麻省理工学院-以色列祖克曼 STEM 基金为这项研究提供了一部分支持。