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首次设计三种不同形状“脊梁”凸起时，同时设计了与之相同形状、间距、条数的沟槽进行集水实验。结果显示，“脊梁”凸起集水量整体稍优于凹槽。规则形状沟槽虽利于后续水运输，但凸起形状初期捕集雾气优势更明显。凸起形状曲率大，更利于小水滴凝结，缩短汇聚时间，提升集水效率，故后续采用“脊梁”凸起形状甲虫背。
针对自然界甲虫背背部单一凸起形状，利用3D打印优势，设计了“半圆”“矩形”“三角”三种“脊梁”凸起形状，且脊梁更密集。实验表明，“三角”状脊梁凸起集水量最高。三角形尖端曲率大，拉普拉斯压差大，小水滴更易在尖端凝聚；圆形顶端平滑，拉普拉斯压力小于三角形结构；矩形顶端最平，集水量最少。但“三角”脊梁凸起甲虫背集水效率提升不明显，故采用三种亲水处理方法。
采用等离子体处理、涂覆亲水PVA、制备PVA水凝胶甲虫背三种方法进行亲水处理。实验显示，PVA水凝胶甲虫背集水效果远高于其他两种，120 min集水量达16.65 g，比未经处理仿生甲虫背提升八倍。接触角测试表明，PVA水凝胶甲虫背水接触角为19°，表面更亲水。且其他两种方法亲水基团或分子结构会随时间衰减，亲水性下降，而PVA水凝胶材质甲虫背因本身材料亲水，亲水性不会下降，耐候性更好，对工程应用更具优势。
基于自然界蜘蛛网和纳米布沙漠甲虫等生物特殊结构，采用3D打印技术重新设计优化集水结构，进行表面结构改性，提升集水效率。利用数值模拟分析不同结构在潮湿环境下表面凝结液态水浓度差异，比较多种纺锤体结构组合变化及表面性能对仿生蜘蛛网集水性能的影响，探究结构集水性能最大化。
软件理论模拟分析了给定自然环境下，十种蜘蛛丝上纺锤体结构在相同时间内潮湿环境下的凝结液态水浓度，“半凸半凹弧”纺锤体蜘蛛丝凝结液态水浓度最高，达77 mol/m²。通过数值模拟探索甲虫背部脊梁凸起横截面形状对扩散通量的影响，发现三角形状顶端扩散更明显，揭示雾气更易在“三角”脊梁凸起甲虫背上凝结。
重新设计了十种蜘蛛丝纺锤体形状，并对纺锤体连接丝做了曲率优化。从纺锤体周期变化、形状、连接丝曲率变化及集水表征时的雾流方向、蜘蛛网表面结构等因素探究发现，连接丝曲率优化后的“半凸半凹弧”多尺寸纺锤体蜘蛛网经等离子体亲水处理后，雾流方向与蜘蛛网面夹角为90°时集水效率最高，120 min集水达6.25 g，比未经处理的“单椭球”纺锤体蜘蛛网集水量提升六倍。因纺锤体曲率变化带来拉普拉斯压差，连接丝曲率优化后整段蜘蛛丝每一处结构上的小水滴都会受力运输，且纺锤体不对称性导致水滴自发移动，加快了水滴汇聚滴落时间，集水效率大大提升。
设计六种甲虫背部结构，探究甲虫背部凹/凸结构及脊梁凸起横截面形状对集水性能的影响，并用三种方法进行亲水处理。结果发现，复制甲虫背模板制备“三角”状脊梁凸起的PVA水凝胶甲虫背（底部半径R = 20 mm）集水效果最优，表面亲水，接触角为19°，120 min集水量达16.65 g，较未经处理的树脂“半圆”状脊梁凸起甲虫背提升八倍。原因在于提升了甲虫背整体亲水性，同时结构上的集水优势被放大，凸面结构前期捕集雾气优势明显，“三角”凸起尖端曲率大，更易捕集雾气凝结形成小水珠，综合优势提升了仿生甲虫背的集水性能。本研究为解决干旱地区淡水资源缺乏问题，在工程应用上提供了制备更简单便宜、集水效率更高的设备思路。
