Thiết bị siêu âm MIT làm rung chuyển nước uống từ không khí
Bài viết của Jennifer Chu, Viện Công nghệ Massachusetts, ngày 18 tháng 11 năm 2025
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống siêu âm để "làm rung chuyển" nước ra khỏi thiết bị thu thập nước trong khí quyển. Thiết kế này (hai nguyên mẫu được hiển thị trong ảnh) có thể thu thập nước trong vài phút thay vì vài giờ. Nguồn: Ikra Iftekhar
Các kỹ sư MIT đã phát triển một thiết bị siêu âm có thể nhanh chóng giải phóng nước từ các vật liệu hấp thụ được sử dụng trong thu thập nước trong khí quyển.
Bằng cách làm rung chuyển các phân tử nước thay vì làm nóng chúng, hệ thống này tăng hiệu suất đáng kể. Được cung cấp năng lượng bởi một pin mặt trời nhỏ, nó có thể chạy nhiều chu kỳ mỗi ngày. Bước tiến này có thể làm cho các hệ thống nước uống không dùng điện, chạy bằng không khí trở nên thiết thực hơn nhiều.
Khai thác không khí để thu thập nước
Cảm thấy khát? Có thể lấy nước uống trực tiếp từ không khí. Ngay cả những nơi rất khô hạn vẫn còn một lượng nhỏ hơi ẩm mà các vật liệu phù hợp có thể thu thập và giải phóng thành nước sạch, có thể uống được. Trong vài năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra nhiều vật liệu giống bọt biển có khả năng "thu hoạch nước trong khí quyển".
Tuy nhiên, việc thu hồi nước từ những vật liệu này thường đòi hỏi nhiệt độ cao — và sự kiên nhẫn. Hầu hết các hệ thống đều phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời để làm ấm vật liệu cho đến khi độ ẩm bị giữ lại bốc hơi và ngưng tụ thành dạng lỏng, một quá trình có thể kéo dài hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày.
Các kỹ sư MIT hiện đã báo cáo một cách để tăng tốc bước phục hồi này. Thay vì dựa vào ánh sáng mặt trời để đẩy nước ra ngoài, nhóm nghiên cứu sử dụng rung động siêu âm để lắc vật lý để loại bỏ độ ẩm.
Siêu âm: Con đường nhanh hơn để thu hồi nước
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thiết bị siêu âm tạo ra rung động tần số cao. Khi một vật liệu hấp thụ nước, được gọi là "chất hấp thụ", được đặt lên trên, thiết bị sẽ phát ra sóng siêu âm được điều chỉnh để làm lỏng các phân tử nước khỏi chất hấp thụ. Theo các thử nghiệm của nhóm nghiên cứu, thiết bị này chỉ mất vài phút để chiết xuất độ ẩm thay vì hàng chục phút hoặc hàng giờ như các phương pháp sử dụng nhiệt.
Vì không sử dụng nhiệt, thiết bị cần một nguồn điện bên ngoài. Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng một pin mặt trời nhỏ có thể vận hành hệ thống và cũng hoạt động như một cảm biến báo hiệu khi chất hấp thụ đạt công suất tối đa. Thiết lập này thậm chí có thể được lập trình để tự động kích hoạt bất cứ khi nào có đủ nước để thu thập. Với khả năng tự động hóa như vậy, một hệ thống có thể
Cung cấp năng lượng và tự động hóa các hệ thống nước siêu âm
“Con người đã và đang tìm kiếm các phương pháp thu thập nước từ khí quyển, vốn có thể là một nguồn nước lớn, đặc biệt là ở các vùng sa mạc và những nơi thậm chí không có nước mặn để khử muối”, Svetlana Boriskina, nhà khoa học nghiên cứu chính tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí của MIT, cho biết. “Giờ đây, chúng ta đã có cách để thu hồi nước nhanh chóng và hiệu quả.”
Boriskina và các đồng nghiệp đã mô tả thiết bị của họ trong một nghiên cứu được công bố hôm nay (18 tháng 11) trên tạp chí Nature Communications. Tác giả đầu tiên của bài báo là Ikra Iftekhar Shuvo, một sinh viên tốt nghiệp ngành nghệ thuật và khoa học truyền thông tại MIT, cùng với Carlos Díaz-Marín, Marvin Christen, Michael Lherbette và Christopher Liem.
Nhóm MIT Đằng Sau Đột Phá
Nhóm của Borisina tại MIT tập trung vào các vật liệu tương tác với môi trường xung quanh theo những cách sáng tạo. Gần đây, nhóm đã khám phá công nghệ thu thập nước trong khí quyển (AWH) và cách các vật liệu có thể được thiết kế để hút ẩm từ không khí. Nếu khả thi, những hệ thống như vậy có thể giúp ích đáng kể cho các cộng đồng có nguồn nước uống hạn chế — và thậm chí không có lựa chọn nước mặn để khử muối.
Giống như nhiều nhà nghiên cứu khác, ban đầu nhóm của Boriskina cho rằng một hệ thống AWH được triển khai ngoài trời sẽ thu thập độ ẩm vào ban đêm và sau đó dựa vào ánh sáng mặt trời vào ban ngày để bốc hơi nước bị giữ lại một cách tự nhiên và cho phép nó ngưng tụ để thu thập.
"Bất kỳ vật liệu nào có khả năng thu thập nước tốt đều không muốn mất đi lượng nước đó", Boriskina giải thích. "Vì vậy, bạn cần phải dành rất nhiều năng lượng và thời gian quý báu để hút nước ra khỏi vật liệu."
Thử thách khó khăn của việc chiết xuất độ ẩm
Cô nhận ra rằng có thể có một cách nhanh hơn để thu hồi nước sau khi Ikra Shuvo tham gia nhóm của cô. Shuvo đã nghiên cứu siêu âm cho các ứng dụng thiết bị y tế đeo được. Khi ông và Boriskina cân nhắc ý tưởng cho các dự án mới, họ nhận ra rằng siêu âm có thể là một cách để đẩy nhanh quá trình thu hồi nước trong khí quyển.
“Điều đó đã sáng tỏ: Chúng tôi có một vấn đề lớn cần giải quyết, và giờ đây Ikra dường như đã có một công cụ có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề này,” Boriskina nhớ lại.
Sóng siêu âm làm rung chuyển nước tự do như thế nào
Siêu âm, hay sóng siêu âm, là sóng áp suất âm thanh truyền đi ở tần số trên 20 kilohertz (20.000 chu kỳ mỗi giây). Những sóng tần số cao như vậy không thể nhìn thấy hoặc nghe thấy được đối với con người. Và, như nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra, siêu âm rung động ở tần số vừa đủ để làm rung chuyển nước ra khỏi vật liệu.
“Với siêu âm, chúng tôi có thể phá vỡ chính xác các liên kết yếu giữa các phân tử nước và các vị trí mà
“Chúng đang ở đó,” Shuvo nói. “Giống như nước đang nhảy múa cùng sóng, và sự xáo trộn có chủ đích này tạo ra động lượng giải phóng các phân tử nước, và chúng ta có thể thấy chúng rung chuyển thành những giọt nước.”
Shuvo và Boriskina đã thiết kế một bộ truyền động siêu âm mới để thu hồi nước từ vật liệu thu nước trong khí quyển. Trung tâm của thiết bị là một vòng gốm phẳng rung động khi có điện áp. Vòng này được bao quanh bởi một vòng ngoài được gắn các vòi phun nhỏ. Các giọt nước rơi ra khỏi vật liệu có thể rơi qua vòi phun và vào các bình thu nước được gắn phía trên và phía dưới vòng rung.
Thiết kế Thiết bị Xả Nước Tần số Cao
Họ đã thử nghiệm thiết bị trên một vật liệu thu nước trong khí quyển được thiết kế trước đó. Sử dụng các mẫu vật liệu có kích thước bằng đồng xu 25 xu, đầu tiên nhóm nghiên cứu đặt từng mẫu vào buồng ẩm, được thiết lập ở các mức độ ẩm khác nhau. Theo thời gian, các mẫu hấp thụ độ ẩm và trở nên bão hòa. Sau đó, các nhà nghiên cứu đặt từng mẫu lên bộ truyền động siêu âm và bật nó để rung ở tần số siêu âm. Trong mọi trường hợp, thiết bị đều có thể lắc ra đủ nước để làm khô từng mẫu chỉ trong vài phút.
Thử nghiệm Bộ truyền động trong Điều kiện Thực tế
Các nhà nghiên cứu tính toán rằng, so với việc sử dụng nhiệt mặt trời, thiết kế siêu âm hiệu quả hơn 45 lần trong việc chiết xuất nước từ cùng một vật liệu.
“Vẻ đẹp Boriskina, người hình dung ra một hệ thống gia dụng thiết thực, có thể bao gồm một vật liệu hấp thụ nhanh và một bộ truyền động siêu âm, mỗi bộ có kích thước bằng một cửa sổ, cho biết. Khi vật liệu đã bão hòa, bộ truyền động sẽ bật lên trong giây lát, được cung cấp năng lượng bởi một pin mặt trời, để đẩy nước ra ngoài. Sau đó, vật liệu sẽ sẵn sàng để thu thập thêm nước, theo nhiều chu kỳ trong một ngày.
Hướng tới Sản xuất Nước Hàng ngày Thực tế, Chu kỳ Cao
“Tất cả phụ thuộc vào lượng nước bạn có thể chiết xuất mỗi ngày,” bà nói. “Với siêu âm, chúng ta có thể thu hồi nước nhanh chóng và lặp lại chu kỳ này. Điều đó có thể tăng lên rất nhiều mỗi ngày.”
Tài liệu tham khảo: “Thu hoạch nước khí quyển hiệu quả cao bằng phương pháp chiết xuất siêu âm” ngày 18 tháng 11 năm 2025, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-025-65586-2
Công trình này được hỗ trợ một phần bởi Phòng thí nghiệm Hệ thống Nước và Thực phẩm Abdul Latif Jameel của MIT và Quỹ STEM Zuckerman của MIT-Israel.
