Mit Mikrobots den Ozean sauber halten

Forscher haben einen effektiven Weg gefunden, die Wasserstraßen der Welt sauberer zu halten. Studie Der diese Woche in ACS Nano veröffentlichte Artikel erklärt, wie Mikroroboter die Plastikverschmutzung in Gewässern reduzieren könnten. Diese magnetbetriebenen Geräte bieten eine nachhaltige und wiederverwendbare Alternative. Hier erfahren Sie alles Wissenswerte darüber, wie Forscher winzige Roboter zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung einsetzen wollen.

Mikroplastik verursacht Probleme

Mikroplastik ist ein großes Problem für die Welt. Diese winzigen Partikel bilden sich im Laufe der Zeit, wenn Kunststoffprodukte zerfallen. Mikroplastik hat eine Größe von -5 Mikrometern, was es sehr schwierig macht, es aus Gewässern zu sammeln. Leider stellen diese winzigen Plastikpartikel ein ökologisches und gesundheitliches Risiko dar, wenn sie unberührt bleiben.

Nahrungskette

Ein großes Problem bei Mikroplastik besteht darin, dass es von Fischen und anderen Meereslebewesen aufgenommen wird. Diese Partikel werden gefressen, wodurch Mikroplastik in die Nahrungskette gelangt. Leider endet der Zyklus nicht; Selbst nachdem das Mikroplastik in den menschlichen Verzehr gelangt ist, gelangt es wieder in die Umwelt.

Stuhlproben haben bestätigt, dass Mikroplastik die Umwelt so stark verschmutzt hat, dass es nun Teil Ihres Körpers ist. Ein Studie fanden heraus, dass der durchschnittliche Mensch jährlich 50 Plastikpartikel isst. Heutzutage sind diese schädlichen Partikel in nahezu jedem Aspekt des Lebens zu finden, weshalb die Einführung von Reduzierungssystemen von größter Bedeutung ist.

Bakterien

Mikroplastik schadet der Gehirnentwicklung und verursacht andere Krankheiten. Diese winzigen Kunststoffpartikel ziehen problematisches Wachstum von Algen und Bakterien an. Diese Arten erzeugen Krankheitserreger und verursachen Krankheiten, wenn sie über einen längeren Zeitraum verzehrt oder eingeatmet werden. Studien haben insbesondere Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen mit Mikroplastik in der Luft, im Boden und im Wasser in Verbindung gebracht. Daher besteht ein starker Bedarf, ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die Gesundheit zu reduzieren.

Mikrobots

Mikrobots sind winzige Maschinen, die oft eine bewegliche Komponente enthalten, die durch elektrische, chemische oder magnetische Kräfte aktiviert werden kann. Es gibt viele Anwendungen für diese winzigen Roboter, vom Gesundheitswesen bis hin zu Sicherheit und Schutz. In diesem Fall versuchten die Forscher, einen magnetisch angetriebenen und kontrollierten Schwarm zu schaffen, der auf der Grundlage von Strom gesteuert werden kann.

Quelle – ACS NANO

Ihre Kreation war ein 2.8 Mikrometer großer, magnetisch gesteuerter Mikroroboter. Aus seinem Körper ragen polymere Sequestrierfäden mit positiv geladenen Magnetpartikeln. Diese Struktur ermöglicht es, die Arme und Roboter magnetisch zu greifen und zu steuern. Konkret nutzten die Forscher aminmodifizierte Dynabeads, die mit dem carboxylhaltigen Liganden Poly(N-[3-(dimethylamino)propyl]methacrylamid) funktionalisiert waren.

Schwärme steigern die Leistung

Aufgrund ihrer geringen Größe sind diese Bots für die meisten Aufgaben allein nicht in der Lage, diese effektiv zu bewältigen. Diese Systeme nutzen jedoch Schwärme, um komplexe Aufgaben effektiv zu bewältigen. Wie die Natur sorgen Schwärme für Effizienz und stellen sicher, dass ein einzelner Fehlerpunkt die Erledigung der notwendigen Aufgaben nicht verhindert. Mikrobots sind somit ein weiteres Beispiel dafür, wie der Mensch die Natur nachahmt.

In diesem Fall können sich die Magnetstränge organisieren, wenn ein Magnetfeld angelegt wird. Sobald das Magnetfeld kombiniert ist, kann es verwendet werden, um die Bewegungen des Schwarms als eine zusammenhängende Einheit zu koordinieren. Diese Bewegung kann dazu beitragen, Mikroplastik und Bakterien zu sammeln, ohne zusätzlichen Abfall zu hinterlassen.

Experimente und Tests

Die Forscher begannen, ihre magnetisch gesteuerten Polymer-Mikroroboterschwärme bei Wasserreinigungsaufgaben zu testen, um ihre Wirksamkeit und Zuverlässigkeit zu messen. Sie fanden heraus, dass diese winzigen Maschinen, wenn sie sich selbst zu rotierenden Ebenen organisieren, bei minimalem Energiebedarf eine beträchtliche Menge an Schadstoffen aus dem Wasser entfernen.

Ihre Tests begannen mit der Schaffung einer künstlich verschmutzten Umgebung. Die Forscher erreichten diese Aufgabe, indem sie winzige 1 Mikrometer große fluoreszierende Polystyrolkügelchen in das Testwasser einbrachten. Dann führten die Forscher Bakterien in die Gleichung ein. Sie verwendeten das verbreitete Bakterium Pseudomonas aeruginosa, das Lungenentzündungen verursacht, und stellten so sicher, dass ein Beispiel aus der Praxis verwendet wurde.

Hinzufügen der Mikrobots

Die Mikrobots wurden der Testumgebung hinzugefügt und ein Magnetfeld an die Gruppe angelegt. Bemerkenswerterweise wurde das Magnetfeld 30 Minuten lang rotiert. Außerdem wurde es alle 10 Sekunden abgeschaltet. Durch das Feld konzentrierten sich die Mikrobots auf eine Konzentration von 7.5 Milligramm pro Millimeter, was sich als ideal für Aufräumarbeiten erwies.

Kontrolle des Mikrobots-Schwarms

Die Forscher fanden heraus, dass sie durch magnetische Verstärkungen eine erhebliche Kontrolle über die Geräte erlangten. Sie passten die Richtung, Geschwindigkeit, Größe und Dicke des Schwarms an. Darüber hinaus waren sie in der Lage, Formationen zu koordinieren, die bestimmte Aufgaben wie Antrieb oder Sortierung erleichterten.

Ergebnisse bereinigen

Der dichte Schwarm fing beim ersten Durchgang 80 % der Bakterien und Mikroplastik-Schadstoffe ein. Bemerkenswert ist, dass die gesammelten Schadstoffe nach ihrer Extraktion aus dem Wasser an den Mikrobots haften blieben. Anschließend wurden die Mikrobots in einer Lösung mit Ultraschallwellen beaufschlagt, die es ihnen ermöglichte, das Mikroplastik und die Bakterien in einer geschlossenen Einheit sicher freizusetzen.

Der Dekontaminationsprozess umfasste ein Ultraschallbad zur Abtötung von Bakterien vor der UV-Behandlung. Zusammengenommen beseitigten diese Schritte 99 % der Bakterien aus den Robotern und machten sie wieder sicher für die Wiederverwendung. Diese Reinigungsroutine bedeutet vor allem, dass die Bots wiederverwendbar sind und die Ergebnisse nur geringfügig beeinträchtigt werden.

Wissenschaftler:innen

Das Forschungsteam hinter diesem Projekt wurde von Martin Pumera geleitet. Im Rahmen seiner Strategie musste das Team neue Herstellungs-, Bewegungsanalyse- und Anwendungsmethoden entwickeln. Ihre Forschung bestätigte ihre These und öffnete die Tür für komplexere Prozesse und Funktionalitäten in der Zukunft.

Mögliche Anwendungsfälle

Es besteht eine starke Nachfrage nach wiederverwendbaren Wasserfiltersystemen, die konsistente Ergebnisse liefern. Der Zugriff auf, die Filterung und Bereitstellung von sauberem Wasser ist zu einem lebenswichtigen Aspekt des Lebens geworden. Hier sind einige mögliche Anwendungsszenarien für Mikroroboter-Filtrationssysteme in der Zukunft.

Wasseraufbereitung

Winzige Maschinen eignen sich ideal zum Reinigen von Wassersystemen. Sie können mit minimalem Aufwand eingeführt und leicht gesammelt werden. Bemerkenswert ist, dass den aktuellen Wasseraufbereitungssystemen die erforderliche Leistung fehlt und sie auf nicht nachhaltige mechanische oder chemische Systeme angewiesen sind. Mikrobots hinterlassen keine Rückstände, was sie zu einer besseren Option macht.

Ocean Cleanup

Mitten im Ozean existiert eine kilometerbreite Insel aus schwimmendem Müll, die sich immer weiter ausdehnt. Diese schreckliche ökologische Situation ist eine von vielen, die durch Plastikmüll verursacht wurden. Mikroplastik aus diesen Orten belastet weiterhin die Umwelt, was wiederum zu Gesundheitsrisiken führt.

Quelle – AP:J. Lavers

Mikroroboter-Reinigungslösungen könnten in diese gefährlichen Bereiche eingeführt werden und den Reinigungsprozess ohne menschliches Eingreifen beginnen. Darüber hinaus können diese Systeme an zukünftige Anforderungen angepasst und mit anderen Technologien wie plastikfressenden Mikroben kombiniert werden, die den Abfall nach der Sammlung beseitigen.

Gesundheitswesen

Mikrobots könnten dabei helfen, kostengünstige Medikamente und andere lebensrettende Systeme zu entwickeln. Kurzfristig könnten diese Geräte dazu beitragen, bei Bedarf saubere Wasserlösungen bereitzustellen. Diese Bots könnten in Kürze in Krankenhäusern alltäglich werden und dort als zusätzliches Filtersystem eingesetzt werden, um qualitativ hochwertigere Ergebnisse sicherzustellen.

Es könnte auch einen Zustrom von Start-ups geben, die diese Technologie nutzen, um den Markt für Wasseraufbereitung für Privathaushalte voranzutreiben. Die Wasserqualität ist ein globales Problem und diese Technologie bietet eine der saubersten verfügbaren Lösungen.

Konstruktion und Fertigung

Mithilfe magnetisch gesteuerter Roboter könnten in Zukunft stärkere Gebäude und Produkte geschaffen werden. Diese Geräte können beispielsweise dazu beitragen, dass ein Fahrzeugpaneel bei Anwendung einer Magnetkraft in einen voreingestellten Zustand zurückkehrt. Als solche könnten sie eines Tages dazu verwendet werden, Hochspannungsbereiche in Jets, Raketen, Booten, Autos und sogar Wolkenkratzern zusammenzuhalten.

Vorteile des Einsatzes von Mikrobots

Mikrobots bringen viele Vorteile mit sich. Zum einen können sie einfach hergestellt, bereitgestellt, verwaltet und gesammelt werden. Diese Geräte können auch Sensoren integrieren, die dabei helfen, wertvolle Daten zu liefern, die zur erheblichen Verbesserung der Umweltschutzbemühungen genutzt werden können.

Wiederverwendbare Mikrobots

Einer der größten Durchbrüche dieser Forschung ist die Möglichkeit, die Bots wiederzuverwenden. Bei jedem Zyklus kommt es zu einem leichten Leistungsverlust. Allerdings handelt es sich dabei um einen kleinen Leistungsverlust, den das Schwarmverhalten ausgleichen hilft. Darüber hinaus bedeuten die niedrigen Betriebskosten, dass eines Tages jeder riesige Schwärme erzeugen kann, die die Effizienz branchenübergreifend verbessern.

Kontrollfreigabe

Ein weiterer großer Vorteil dieser Entwicklung ist die Möglichkeit, die Giftstoffe kontrolliert freizusetzen. Es ist bekanntermaßen schwierig, Methoden zu entwickeln, um Gewässer zu reinigen und gefährliche Stoffe zu filtern, ohne chemische Rückstände zu hinterlassen. Diese Methode kommt ohne Chemikalien aus und ist daher wesentlich sicherer und nachhaltiger.

Magnetische Energie

Der Einsatz magnetischer Energie zur Organisation und zum Betrieb dieser winzigen Roboter fügt der Gleichung einen weiteren Vorteil hinzu. Magnetische Interaktionen erfordern keine Batterien der Bots. Daher reduzierten die Ingenieure die Größe, das Gewicht und andere Faktoren.

Unternehmen, die von diesen Entwicklungen profitieren könnten

Viele Branchen könnten von Mikrobots zur Wasserreinigung profitieren. Die Umwelt braucht Lösungen zur Mikroplastikentfernung. Darüber hinaus könnten Gesundheits- und Reinigungsdienste diese Technologie nutzen, um ihr Angebot zu verbessern. Hier sind einige Unternehmen, die das Potenzial haben, in Zukunft von diesen Fortschritten zu profitieren.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc. (DNA -6.35 %)

Ginkgo Bioworks Inc. ist ein Biotech-Unternehmen, das sich auf organische Lösungen spezialisiert hat. Das Unternehmen bietet hilfreiche industrielle Biotech-Dienstleistungen an, die Kosten senken und die Effizienz verbessern. Bemerkenswert ist, dass das Unternehmen von fünf MIT-Absolventen gegründet wurde und derzeit Jason Kelly als CEO führt. Heute ist Ginkgo Bioworks Holdings ein bekannter Name auf dem Markt.

Ginkgo Bioworks verzeichnete ein beachtliches Wachstum. Im Jahr 2022 übernahm das Unternehmen den Forschungs- und Entwicklungsstandort für Biologika von Bayer und ging eine strategische Partnerschaft ein. Die Aktien des Unternehmens verzeichneten im letzten Jahr im Einklang mit dem übrigen Markt einen leichten Wertverlust. Die Marktpositionierung und die fortschrittlichen proprietären Lösungen von Ginkgo Bioworks Holdings machen das Unternehmen jedoch zu einer starken Ergänzung für jedes Portfolio.

Imina Technologies SA

Imina Technologies ist auf Roboterplattformen spezialisiert. Das Forschungs- und Produktionsunternehmen verfügt über zahlreiche Produkte, die Interaktionen im Mikro- und Nanobereich ermöglichen. Ihr Spitzenprodukt, der miBot, ist der weltweit kompakteste kommerziell erhältliche Roboter mit vier Freiheitsgraden.

Das ungebundene Design des Roboters macht ihn ideal zum freien Scannen mikroskopischer Oberflächen. Der Roboter kann sich auf natürliche Weise an eine sich ändernde Umgebung anpassen. Darüber hinaus werden magnetische Linsen verwendet, um hochauflösende Bilder zu erzeugen, die für mehrere Anwendungen verwendet werden können. Dieser Bot könnte eines Tages zur Überwachung des Fortschritts von Mikrorobotern und mehr eingesetzt werden.

Zukunft der Mikrobots

Die Zukunft der Mikrorobotik sieht rosig aus, da KI und andere Technologien eine zunehmende Rolle spielen und Innovationen vorantreiben. In Zukunft werden Nano- und Mikrorobotik zum Alltag gehören. Diese kleinen Arbeiter könnten Aufgaben wie Sicherheitsscans, Reparaturen, Wartung und mehr erledigen.

Nanotechnologie ist auf dem Vormarsch und die Einführung von Geräten mit eigener Stromversorgung hat die Tür für neue Anwendungsfälle geöffnet. Heutzutage gibt es Miniroboter, die sich selbst mit statischer Elektrizität oder anderen leicht verfügbaren Optionen versorgen. Diese Entwicklungen ermöglichen den Einsatz von Mikrobots zur Bekämpfung von Bakterien an neuen und vorteilhaften Standorten. Daher ist der Bereich der Mikroroboter ein Bereich, den man im Auge behalten sollte.

Mikrobots können Leben retten

Diese Entwicklung hat das Potenzial, in den kommenden Jahren Millionen von Leben im und außerhalb des Ozeans zu retten. Die Lösung der Umweltverschmutzung ist keine einfache Antwort. Stattdessen muss die Welt alle verfügbaren Optionen prüfen und die sinnvollen kombinieren. Mikroroboter-Wasseraufbereitungssysteme bieten einzigartige Vorteile, die eine Erkundung wert sind.

Die Kombination dieser Bemühungen mit nachhaltiger Energie und der Reduzierung der Umweltverschmutzung ist der Schlüssel zum Erfolg. Zusammengenommen könnte dieser vielschichtige Ansatz das sein, was nötig ist, um das Rad der Umweltverschmutzung zurückzudrehen. Derzeit arbeiten Forscher rund um die Uhr an der Suche nach Lösungen.

Ein saubererer Ozean ist besser für alle

Der Einsatz von Mikrobots zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung im Nanomaßstab ist aus mehreren Gründen sinnvoll. Zum einen haben sie die richtige Größe, um die Arbeit zu erledigen. Diese mikroskopisch kleinen Einheiten können viel bewirken, wenn sie in Schwärmen arbeiten, und wenn sie mit anderen Technologien wie KI, Blockchain und IoT gekoppelt werden, sind die Ergebnisse leicht auf der ganzen Welt nachverfolgbar. Aus diesen und vielen weiteren Gründen hat dieses Projekt viel Potenzial.

Erfahren Sie mehr über andere coole Umweltprojekte Sie bitte diese Seite