Brug af mikrobots til at holde havet rent

Forskere har fundet en effektiv måde at holde verdens vandveje renere. studere I denne uge, offentliggjort i ACS Nano, forklares det, hvordan mikrorobotter kan reducere plastikforurening i vandmiljøer. Disse magnetdrevne enheder tilbyder en bæredygtig og genanvendelig løsning på markedet. Her er alt, hvad du behøver at vide om, hvordan forskere vil bruge bittesmå robotter til at bekæmpe forurening.

Mikroplast giver problemer

Mikroplast er et stort problem for verden. Disse små partikler dannes over tid, når plastprodukter nedbrydes. Mikroplast måler -5 mikrometer i størrelse, hvilket gør det meget vanskeligt at indsamle fra vandmiljøer. Desværre udgør disse små plastikpartikler økologiske og sundhedsmæssige risici, når de efterlades uberørte.

Fødevarekæder

Et stort problem med mikroplastik er, at de bliver forbrugt af fisk og andet havliv. Disse partikler bliver spist, hvilket introducerer mikroplastik i fødekæden. Desværre slutter cyklussen ikke; selv efter at mikroplastikken er kommet til konsum, kommer de tilbage til miljøet.

Afføringsprøver har bekræftet, at mikroplastik har forurenet miljøet så meget, at det nu er en del af din krop. En studere fandt, at den gennemsnitlige person spiser 50K plastikpartikler årligt. I dag kan disse skadelige partikler findes i næsten alle aspekter af livet, hvilket gør det altafgørende, at reduktionssystemer er på plads.

Bakterier

Mikroplast er skadeligt for hjernens udvikling og forårsager andre sygdomme. Disse små plastikpartikler tiltrækker problematisk vækst fra alger og bakterier. Disse arter skaber patogener og forårsager sygdom, hvis de indtages eller inhaleres i længere perioder. Specifikt har undersøgelser knyttet luftvejs- og hjerte-kar-sygdomme til mikroplastik i luft, jord og vand. Som sådan er der en stor efterspørgsel efter at reducere deres miljø- og sundhedspåvirkning.

Mikrobots

Mikrobots er bittesmå maskiner, der ofte indeholder en bevægelig komponent, der kan aktiveres ved hjælp af elektriske, kemiske eller magnetiske kræfter. Der er mange anvendelsesmuligheder for disse små robotter fra sundhedspleje til sikkerhed og sikkerhed. I dette tilfælde forsøgte forskerne at skabe en magnetisk drevet og kontrolleret sværm, der kunne styres baseret på strøm.

Kilde – ACS NANO

Deres kreation var en 2.8 mikrometer stor, magnetisk styret mikrobot. Polymere sekvestranttråde med positivt ladede magnetiske partikler strækker sig fra mikrobottens kroppe. Denne struktur gør det muligt at samle og styre armene og robotterne via magneter. Specifikt udnyttede forskerne aminmodificerede Dynabeads funktionaliseret med den carboxylholdige ligand poly(N-[3-(dimethylamino)propyl]methacrylamid).

Sværme forbedrer ydeevnen

Disse bots' lille størrelse gør dem ineffektive til at udføre de fleste opgaver alene. Disse systemer udnytter dog sværme til at udføre komplekse opgaver effektivt. Ligesom naturen skaber sværme effektivitet og sikrer, at et enkelt fejlpunkt ikke forhindrer de nødvendige opgaver i at blive udført. Som sådan er mikrobots et andet eksempel på, at mennesket efterligner naturen.

I dette tilfælde kan de magnetiske tråde organisere sig, når et magnetfelt påføres. Når det er kombineret, kan det magnetiske felt bruges til at koordinere bevægelser for sværmen som én sammenhængende enhed. Denne bevægelse kan arbejde med at indsamle mikroplastik og bakterier uden at efterlade yderligere affald.

Eksperimenter og test

Forskerne begyndte at teste deres magnetisk styrede polymere mikrorobotsværme i vandrensningsopgaver for at måle deres effektivitet og pålidelighed. De fandt ud af, at når de var selvorganiserede i roterende fly, fjernede disse små maskiner en betydelig mængde forurenende stoffer fra vandet med minimale strømkrav.

Deres test begyndte med at skabe et kunstigt forurenet miljø. Forskerne udførte denne opgave ved at introducere små 1 mikrometer brede fluorescerende polystyrenperler til testvandet. Derefter introducerede forskerne bakterier til ligningen. De brugte de almindelige lungebetændelsesfremkaldende bakterier kaldet Pseudomonas aeruginosa, hvilket sikrede, at der blev brugt et eksempel fra den virkelige verden.

Tilføjelse af mikrobots

Mikrobotterne blev tilføjet til testmiljøet, og et magnetfelt blev påført gruppen. Især blev magnetfeltet holdt roterende i 30 minutter. Derudover blev den slukket hvert 10. sekund. Feltet fik mikrobotterne til at koncentrere sig til en koncentration på 7.5 milligram pr. millimeter, hvilket viste sig at være ideelt til oprydningsopgaver.

Styring af Microbots Swarm

Forskerne fandt ud af, at de fik betydelig kontrol over enhederne gennem magnetiske forstærkninger. De justerede sværmens retning, hastighed, størrelse og tykkelse. Derudover var de i stand til at koordinere formationer, der forbedrede specifikke opgaver såsom fremdrift eller sortering.

Oprydningsresultater

Den tætte sværm fangede 80 % af bakterierne og mikroplastikforurenende stoffer ved sin første kørsel. Navnlig forblev de indsamlede forurenende stoffer knyttet til mikrobotterne efter deres udvinding fra vandet. Ultralydsbølger blev derefter påført mikrobotterne i en opløsning, der gjorde det muligt for dem at frigive mikroplasten og bakterierne i en indesluttet enhed sikkert.

Dekontamineringsprocessen omfattede et ultralydsbad for at dræbe bakterier, før de undergik ultraviolette behandlinger. Tilsammen eliminerede disse trin 99 % af bakterierne fra robotterne, hvilket gjorde dem sikre igen til genbrug. Dette rengøringsregiment betyder, at bots kan genbruges med kun en lille forringelse af resultater.

Forskere

Forskerholdet bag dette projekt blev ledet af Martin Pumera. Som en del af deres strategi skulle teamet skabe nye metoder til fremstilling, bevægelsesanalyse og anvendelse. Deres forskning beviste deres tese og åbnede døren for mere komplekse processer og funktionaliteter i fremtiden.

Potentielle anvendelsestilfælde

Der er en stor efterspørgsel efter genanvendelige vandfiltreringssystemer, der giver ensartede resultater. Adgang til, filtrering og levering af rent vand er blevet et vigtigt aspekt af livet. Her er nogle potentielle brugsscenarier for mikrorobotfiltreringssystemer i fremtiden.

Vandbehandling

Små maskiner er ideelle til at rense vandsystemer. De kan introduceres med minimal indsats og samles nemt. Især mangler de nuværende vandrensningssystemer den nødvendige ydeevne og er afhængige af uholdbare mekaniske eller kemiske systemer. Mikrobots efterlader ikke rester, hvilket gør dem til en bedre mulighed.

Ocean Oprydning

En mile bred ø med flydende affald findes midt i havet, som fortsætter med at udvide sig. Denne forfærdelige økologiske situation er en af ​​mange, som plastikaffald har forårsaget. Mikroplast fra disse steder fortsætter med at skade miljøet, hvilket igen resulterer i sundhedsrisici.

Kilde – AP:J. Lavers

Mikrorobotiske rengøringsløsninger kunne introduceres til disse farlige områder og begynde oprydningsprocessen uden menneskelig indgriben. Derudover kan disse systemer skaleres for at imødekomme fremtidige behov og kombineres med andre teknologier som plastikædende mikrober, der eliminerer affaldet, efter at det er blevet indsamlet.

Medicinal

Mikrobots kan hjælpe med at skabe billige lægemidler og andre livreddende systemer. På kort sigt kan disse enheder hjælpe med at levere rent vandløsninger, når det er nødvendigt. Disse bots kan snart blive almindelige på hospitaler, hvor de kan bruges som et ekstra filtreringssystem for at sikre resultater af højere kvalitet.

Der kan også være en tilstrømning af startups, der udnytter denne teknologi til at drive hjemmevandrensningsmarkederne. Vandkvalitet er en global bekymring, og denne teknologi tilbyder en af ​​de reneste løsninger, der findes.

Byggeri og fremstilling

Magnetisk styrede robotter kan bruges til at skabe stærkere bygninger og produkter i fremtiden. For eksempel kan disse enheder hjælpe et køretøjs panel med at vende tilbage til en forudindstillet tilstand, når der påføres magnetisk kraft. Som sådan kunne de en dag bruges til at holde sammen højspændte områder på jetfly, raketter, både, biler og endda skyskrabere.

Fordele ved at bruge mikrobots

Mikrobots bringer en masse fordele til ligningen. For det første kan de nemt fremstilles, implementeres, administreres og indsamles. Disse enheder kan også integrere sensorer, som hjælper med at levere værdifulde data, der kan bruges til at forbedre indsatsen mod forurening betydeligt.

Genanvendelige mikrobots

Et af de største gennembrud i denne forskning er evnen til at genbruge bots. Der er et lille ydelsestab på hver cyklus. Dette er dog et lille tab i ydeevne, som sværmadfærd er med til at kompensere for. Derudover betyder de lave driftsomkostninger, at enhver en dag kan skabe massive sværme, der forbedrer effektiviteten på tværs af brancher.

Kontrolfrigivelse

En anden stor fordel ved denne udvikling er evnen til at udføre en kontrolleret frigivelse af toksinerne. Det har været notorisk vanskeligt at udtænke måder at rense vandmiljøer og filtrere farligt materiale uden at efterlade kemiske rester. Denne metode eliminerer kemikalier fra ligningen, hvilket gør den meget sikrere og mere bæredygtig.

Magnetisk energi

Brugen af ​​magnetisk energi til at organisere og betjene disse små robotter tilføjer endnu et lag af fordele til ligningen. Magnetiske interaktioner kræver ikke, at bots har batterier. Som sådan reducerede ingeniørerne størrelsen, vægten og andre faktorer.

Virksomheder, der kunne drage fordel af denne udvikling

Mange industrier kunne drage fordel af vandrensende mikrobots. Miljøet har brug for løsninger til fjernelse af mikroplast. Derudover kunne sundheds- og rensetjenester udnytte denne teknologi til at forbedre deres tilbud. Her er et par firmaer med potentiale til at drage fordel af disse fremskridt i fremtiden.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

(DNA )

Ginkgo Bioworks Inc. er en biotekvirksomhed, der er specialiseret i økologiske løsninger. Firmaet tilbyder nyttige industrielle biotektjenester, der reducerer omkostningerne og forbedrer effektiviteten. Navnlig er virksomheden oprettet af 5 MIT-kandidater og har i øjeblikket Jason Kelly som administrerende direktør. I dag er Ginkgo Bioworks Holdings et fremtrædende navn på markedet.

Ginkgo Bioworks har oplevet betydelig vækst. I 2022 overtog virksomheden Bayers forsknings- og udviklingsafdeling for biologiske lægemidler og indledte et strategisk partnerskab. Virksomhedens aktier har oplevet et mindre værdifald i løbet af det sidste år, i takt med resten af ​​markedet. Ginkgo Bioworks Holdings' markedspositionering og avancerede proprietære løsninger gør den dog til en stærk tilføjelse til enhver portefølje.

Imina Technologies SA

Imina Technologies specialiserer sig i robotplatforme. Forsknings- og produktionsvirksomheden har adskillige produkter, der muliggør interaktioner på mikro- og nanoskala. Deres førende produkt, miBot, er verdens mest kompakte robot med 4 frihedsgrader, der er kommercielt tilgængelig.

Robottens ubundne design gør den ideel til frit at scanne mikroskopiske overflader. Robotten kan naturligt tilpasse sig et foranderligt miljø. Derudover bruger den magnetiske linser til at producere billeder i høj opløsning, der kan bruges på tværs af flere applikationer. Denne bot kunne en dag bruges til at overvåge mikrorobottens fremskridt og mere.

Fremtiden for mikrobots

Fremtiden for mikrorobotter ser lys ud, hvor kunstig intelligens og andre teknologier spiller en stadig større rolle og driver innovation. I fremtiden vil nano- og mikrorobotik blive en del af hverdagen. Disse små arbejdere kunne udføre opgaver som sikkerhedsscanninger, reparation, vedligeholdelse og mere.

Nanotech er i fremmarch, og introduktionen af ​​selvdrevne enheder har åbnet døren for nye use cases. Der er mini-robotter, der driver sig selv fra statisk elektricitet eller andre let tilgængelige muligheder i dag. Disse udviklinger gør det muligt at bruge mikrobots til at hjælpe med at bekæmpe bakterier på nye og fordelagtige steder. Som sådan er mikrorobotfeltet et at se på.

Mikrobots kan redde liv

Denne udvikling har potentiale til at redde millioner af liv ind og ud af havet i de kommende år. Løsningen på forurening er ikke en ligetil reaktion. I stedet skal verden se på alle tilgængelige muligheder og kombinere dem, der giver mening. Mikrorobotiske vandrensningssystemer tilbyder unikke fordele, der gør dem værd at udforske.

At kombinere disse bestræbelser med bæredygtig energi og reducere forureningen er nøglen til succes. Sammen kan denne mangefacetterede tilgang være det, der skal til for at skrue tiden tilbage på forurening. For nu arbejder forskere døgnet rundt på at finde løsninger.

Et renere hav er bedre for alle

At bruge mikrobots til at bekæmpe forurening i nanoskala giver mening af flere årsager. For det første er de korrekt størrelse til at få arbejdet gjort. Disse mikroskopiske enheder kan gøre meget, når de arbejder i sværme, og når de kombineres med anden teknologi, såsom AI, blockchain og IoT, bliver resultaterne let sporbare over hele kloden. Af disse grunde og mange flere har dette projekt masser af potentiale.

Lær om andre fede miljøprojekter link.