【2025年12月02日訊】（記者吳瑞昌編譯報導）隨著水資源短缺日益嚴重，尋找乾淨的水源已成當務之急。近期，美國科學家研發出一款超音波（超聲波）集水裝置，只要有太陽光就能在短短幾分鐘內，釋放可用的水。這項突破性技術有望幫助那些淡水資源匱乏的社區帶來生機。
過去幾年裡，研究人員研發出一系列類似海綿的材料，使得大氣收集水成為可能，因為在極度乾燥地區的空氣中也含有少量水分。不過，傳統方法通常需要加熱才能將水提取出來，且需要等待的時間較長。
為了解決這個痛點，美國麻省理工學院（MIT）工程師找到不需要依靠太陽加熱，也能更快速回收水分的新裝置。他們使用超音波振動大氣集水器，將吸水材料中的水分「震出」。這項研究成果於11月發表在《自然》科學雜誌，並獲得超過20家主流媒體報導，與近1萬次觀看。
該研究團隊長期致力於開發與環境條件互動的材料，目標是為那些缺乏淡水也缺乏海水資源的地區，提供可靠飲用水源。過程中，他們探索了大氣水收集（AWH）技術與工程設計，讓材料能夠有效地從空氣中吸收水分。
起初，他們和其他的團隊一樣認為，放置在室外的AWH系統會在夜間吸收水分，之後依靠白天陽光釋放冷凝水，但收到的效果明顯不彰。
麻省理工學院機械工程系首席研究科學家斯韋特蘭娜‧博里斯金娜（Svetlana Boriskina）向MIT新聞室解釋道，「任何擅長吸收水分的材料，都不願意釋放這些水分。往往需要花費大量的能量和時間，才能把水從材料中提取出來。」
該種結果直到具有穿戴式醫療設備背景的研究生伊克拉‧伊夫特哈爾‧舒沃（Ikra Iftekhar Shuvo）加入才出現轉機。他們認為超音波在適當的頻率下，或許能夠解決吸水材料不願釋水的難題。
超音波是指頻率超過20千赫茲（每秒20,000次）的聲壓波，這種高頻波對人類來說是看不見、聽不見的。
研究團隊專門設計了一種超音波致動器，其核心是一個扁平的壓電陶瓷環（PZT），只需施加電壓就能會產生些微振動。PZT的外環繞著另一個環，環上布滿了微型噴嘴，當水滴振動時就會從噴嘴落到上方和下方的收集容器中。
他們將高頻超音波裝置放置在吸附了水分的PAM-LiCl水凝膠上方，當吸收足夠大氣中的水分後，就會啟動高頻超音波致動器破壞水分子與材料之間的鍵合力，讓水滴能順利釋放至收集容器中。
經過多次測試顯示，每立方公尺的水凝膠材料日產水量可達3.25公升，且能耗極低（平均0.576 MJ/kg）。該測試裝置還可以透過持續垂直疊加方式，讓水的生產效率提高5倍以上（16.25公升），大幅增加產水數量。
研究人員表示，這種方式收集的水成本為每公升0.19美元，遠低於美國、英國、加拿大和澳洲等國家的瓶裝水，極具商業潛力。因為水凝膠成本低廉，其使用壽命對水成本的影響並不顯著。
此外，該裝置不依賴熱能，僅需小型太陽能板就能解決供電的問題，還能利用太陽能電池作為感測器，一旦材料吸水到飽和即可自動開啟超音波釋水模式。
研究團隊還表示，雖然實驗中使用水凝膠作為演示，但該技術具有很強的通用性，未來可以運用到金屬有機框架（MOF）、超吸水性纖維和紡織品、鹽類和乾燥劑等其它吸附劑上，只需要進行評估即可。
博里斯金娜表示，「過往人們不停尋找從大氣中收集可用水的辦法，這對於那些沙漠地區，或連海水都沒有辦法淡化的區域至關重要，現在我們有了這種高效快速回收水的方法。」
她解釋，我們設想一款未來的家用水氣收集系統，它是由一個快速吸濕材料與一個超音波致動器組成，並利用太陽能進行全自動運作。當吸水材料飽和時，超音波致動器就會啟動將水氣甩出，最終變成可持續穩定輸出的飲用水源。
她還表示，「這款裝置的妙處在於它具有完全的互補性，幾乎可以用於任何吸附材料上。現在我們可以利用這個超音波集水裝置，每天反覆循環提取到很多我們需要的水分。」
這項工作部分是利用麻省理工學院的MIT.nano和ISN設施完成，並得到麻省理工學院阿卜杜勒‧拉蒂夫‧賈米爾（Abdul Latif Jameel）水和食品系統實驗室，以及麻省理工學院-以色列‧祖克曼（MIT-Israel Zuckerman STEM）基金的支持。
