Учёные создали удивительно простое и дешёвое устройство: небольшую капсулу, которую достаточно потрясти три секунды и бросить в воду. Она сама проверит воду на загрязнение и за 20–30 минут полностью обеззаразит литр жидкости. При этом не нужны ни химикаты, ни батарейки, ни внешнее питание. По оценкам разработчиков, такая капсула будет стоить меньше 25 долларов.
Всё начинается с простого движения. Внутри устройства находится магнит и медная катушка. Достаточно три секунды потрясти капсулу — и механическая энергия превращается в электрический ток. Этого хватает, чтобы запустить миниатюрный датчик и систему обработки.
Датчик измеряет общее содержание растворённых твёрдых веществ (TDS) — в основном ионов солей и минералов. Если показатель ниже 250 мг на литр, система считает воду относительно чистой от химических загрязнителей и переходит к обеззараживанию. Если выше — капсула подаёт сигнал, что вода может быть химически загрязнена (например, промышленными отходами или пестицидами), и лучше поискать другой источник.
Второй этап — собственно дезинфекция. Капсула плавает в воде и слегка покачивается. При каждом движении вода трутся о пластиковый корпус — возникает трибоэлектрический эффект, похожий на то, как шарик, потёртый о свитер, начинает притягивать мелкие кусочки бумаги. Пластик получает положительный заряд, вода — отрицательный.
На внешней поверхности капсулы нанесены микроскопические полимерные «наностержни». Их острые кончики концентрируют электрическое поле в крошечные, но очень мощные зоны. Это поле повреждает мембраны бактерий и вирусов — процесс называется электопорацией. Микробы буквально «протыкаются» электричеством и погибают.
Что показали испытания
В лабораторных условиях капсула полностью уничтожила кишечную палочку (E. coli) и суррогат вируса MS2 в одном литре воды за 20 минут. С добавлением Bacillus subtilis время выросло до 25 минут. В реальной речной и озёрной воде полное обеззараживание занимало до 30 минут. Четыре литра речной воды очищались за 52 минуты.
Важно, что устройство сохраняло эффективность даже после 120 циклов очистки (всего 480 литров воды). Никакого снижения производительности не наблюдалось.
Почему это может стать прорывом
Более двух миллиардов человек в мире не имеют доступа к безопасной питьевой воде. В чрезвычайных ситуациях — после наводнений, землетрясений или в лагерях беженцев — проблема становится особенно острой. Традиционные методы имеют серьёзные недостатки: кипячение требует топлива, хлорные таблетки дают неприятный привкус и не всегда эффективны, фильтры дорого стоят, забиваются и ломаются.
Новая капсула решает сразу несколько проблем: она автономна, не требует расходников, проста в использовании и очень дешёва в производстве. Разработкой руководил профессор Сан-Ву Ким (Sang-Woo Kim) из Университета Ёнсе в Сеуле при участии учёных из Корейского института науки и технологий, Университета Бата (Великобритания) и Университета Жэньминь (Китай). Результаты опубликованы в журнале Nature Water.
Пока устройство существует в виде прототипа, но его потенциал огромен — от гуманитарных миссий и туризма до повседневного использования в регионах с проблемной водой.
