Χρήση Μικρορομπότ για τη Διατήρηση του Ωκεανού Καθαρού

Οι ερευνητές έχουν βρει έναν αποτελεσματικό τρόπο να διατηρούν τα υδάτινα δίκτυα του κόσμου πιο καθαρά. Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο ACS Nano αυτή την εβδομάδα εξηγεί πώς τα μικρορομπότ θα μπορούσαν να μειώσουν τη ρύπανση από πλαστικό στα υδάτινα περιβάλλοντα. Αυτές οι συσκευές που τροφοδοτούνται από μαγνήτες προσφέρουν μια βιώσιμη και επαναχρησιμοποιήσιμη επιλογή στην αγορά. Εδώ είναι όλα όσα χρειάζεστε για να καταλάβετε πώς οι ερευνητές θέλουν να χρησιμοποιήσουν μικρά ρομπότ για την καταπολέμηση της ρύπανσης.

Τα Μικροπλαστικά Προκαλούν Προβλήματα

Τα μικροπλαστικά αποτελούν σοβαρό πρόβλημα για τον κόσμο. Αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια σχηματίζονται με την πάροδο του χρόνου καθώς τα πλαστικά προϊόντα διασπώνται. Τα μικροπλαστικά έχουν μέγεθος -5 μικρόμετρα, καθιστώντας τα πολύ δύσκολο να συλλεχθούν από τα υδάτινα περιβάλλοντα. Δυστυχώς, αυτά τα μικροσκοπικά πλαστικά σωματίδια προκαλούν οικολογικούς και υγειονομικούς κινδύνους όταν παραμένουν αδιάφορα.

Τροφικές Αλυσίδες

Ένα σημαντικό πρόβλημα με τα μικροπλαστικά είναι ότι καταναλώνονται από ψάρια και άλλα θαλάσσια ζώα. Αυτά τα σωματίδια τρώγονται, εισάγοντας τα μικροπλαστικά στην τροφική αλυσίδα. Δυστυχώς, ο κύκλος δεν τελειώνει· ακόμη και μετά τη λήψη των μικροπλαστικών από τον άνθρωπο, αυτά επιστρέφουν στο περιβάλλον.

Δείγματα κοπράνων έχουν επιβεβαιώσει ότι τα μικροπλαστικά έχουν μολύνει το περιβάλλον τόσο πολύ που πλέον αποτελούν μέρος του σώματός σας. Μια μελέτη διαπίστωσε ότι ο μέσος άνθρωπος καταναλώνει 50.000 σωματίδια πλαστικού ετησίως. Σήμερα, αυτά τα επιβλαβή σωματίδια μπορούν να βρεθούν σχεδόν σε κάθε πτυχή της ζωής, καθιστώντας απαραίτητη την εφαρμογή συστημάτων μείωσης.

Βακτήρια

Τα μικροπλαστικά είναι επιβλαβή για την ανάπτυξη του εγκεφάλου και προκαλούν άλλες ασθένειες. Αυτά τα μικροσκοπικά πλαστικά σωματίδια προσελκύουν προβληματική ανάπτυξη από άλγη και βακτήρια. Αυτά τα είδη δημιουργούν παθογόνα και προκαλούν ασθένειες εάν καταναλωθούν ή εισπνευστούν για παρατεταμένες περιόδους. Συγκεκριμένα, μελέτες έχουν συνδέσει αναπνευστικές και καρδιαγγειακές παθήσεις με τα μικροπλαστικά στον αέρα, το έδαφος και το νερό. Ως εκ τούτου, υπάρχει ισχυρή ζήτηση για τη μείωση του περιβαλλοντικού και υγειονομικού τους αντίκτυπου.

Μικρορομπότ

Τα μικρορομπότ είναι μικροσκοπικές μηχανές που συχνά περιέχουν ένα κινητό στοιχείο που μπορεί να ενεργοποιηθεί με ηλεκτρικές, χημικές ή μαγνητικές δυνάμεις. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές για αυτά τα μικρά ρομπότ, από την υγειονομική περίθαλψη μέχρι την ασφάλεια και την προστασία. Σε αυτήν την περίπτωση, οι ερευνητές επιδίωξαν να δημιουργήσουν ένα σμήνος που τροφοδοτείται και ελέγχεται μαγνητικά, ο οποίος θα μπορούσε να ελεγχθεί βάσει του ρεύματος.

Η δημιουργία τους ήταν ένα μικρορομπότ 2,8 μικρόμετρα, ελεγχόμενο μαγνητικά. Από τα σώματα του μικρορομπότ εκτείνονται πολυμερικές αλυσίδες προσρόφησης με θετικά φορτισμένα μαγνητικά σωματίδια. Αυτή η δομή επιτρέπει στα βραχίονες και τα ρομπότ να συγκεντρώνονται και να ελέγχονται μέσω μαγνητών. Συγκεκριμένα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν Dynabeads τροποποιημένα με αμίνη, λειτουργικοποιημένα με τον καρβοξυλικό σύνδεσμο πολυ (N-[3-(dimethylamino)propyl] methacrylamide).

Οι Σμήνοι Βελτιώνουν την Απόδοση

Το μικροσκοπικό μέγεθος αυτών των ρομπότ τα καθιστά αναποτελεσματικά για την ολοκλήρωση των περισσότερων εργασιών μόνο τους. Ωστόσο, αυτά τα συστήματα αξιοποιούν σμήνους για την αποτελεσματική εκτέλεση σύνθετων εργασιών. Όπως στη φύση, οι σμήνοι δημιουργούν αποδοτικότητα και εξασφαλίζουν ότι ένα μόνο σημείο αποτυχίας δεν εμποδίζει την ολοκλήρωση των απαραίτητων εργασιών. Έτσι, τα μικρορομπότ αποτελούν ένα ακόμη παράδειγμα ανθρώπινης μίμησης της φύσης.

Σε αυτήν την περίπτωση, οι μαγνητικές αλυσίδες μπορούν να οργανωθούν όταν εφαρμοστεί μαγνητικό πεδίο. Μόλις συνδυαστούν, το μαγνητικό πεδίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον συντονισμό των κινήσεων του σμήνους ως μία ενιαία μονάδα. Αυτή η κίνηση μπορεί να συλλέξει μικροπλαστικά και βακτήρια χωρίς να αφήνει επιπλέον απόβλητα.

Πειράματα και Δοκιμές

Οι ερευνητές ξεκίνησαν τις δοκιμές των μαγνητικά ελεγχόμενων πολυμερικών σμηνών μικρορομπότ σε εργασίες καθαρισμού νερού για να αξιολογήσουν την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία τους. Διαπίστωσαν ότι όταν αυτοοργανώνονται σε περιστρεφόμενα επίπεδα, αυτά τα μικροσκοπικά μηχανήματα αφαιρούν σημαντική ποσότητα ρύπων από το νερό με ελάχιστες απαιτήσεις ενέργειας.

Οι δοκιμές τους ξεκίνησαν με τη δημιουργία ενός τεχνητά μολυσμένου περιβάλλοντος. Οι ερευνητές ολοκλήρωσαν αυτό το έργο εισάγοντας μικροσκοπικές φθορίζουσες σφαιρίδες πολυστυρενίου διαμέτρου 1 μικρόμετρο στο δοκιμαστικό νερό. Στη συνέχεια, οι ερευνητές εισήγαγαν βακτήρια στην εξίσωση. Χρησιμοποίησαν το κοινό βακτήριο που προκαλεί πνευμονία, το Pseudomonas aeruginosa, διασφαλίζοντας ότι χρησιμοποιήθηκε ένα παράδειγμα από την πραγματική ζωή.

Προσθήκη των Μικρορομπότ

Τα μικρορομπότ προστέθηκαν στο δοκιμαστικό περιβάλλον και εφαρμόστηκε μαγνητικό πεδίο στην ομάδα. Σημαντικό είναι ότι το μαγνητικό πεδίο διατηρήθηκε σε περιστροφή για 30 λεπτά. Επιπλέον, απενεργοποιούνταν κάθε 10 δευτερόλεπτα. Το πεδίο προκάλεσε τα μικρορομπότ να συγκεντρωθούν σε συγκέντρωση 7,5 mg ανά χιλιοστόμετρο, που αποδείχθηκε ιδανική για εργασίες καθαρισμού.

Έλεγχος του Σμήνους Μικρορομπότ

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι απέκτησαν σημαντικό έλεγχο των συσκευών μέσω μαγνητικών ενισχύσεων. Ρύθμισαν την κατεύθυνση, την ταχύτητα, το μέγεθος και το πάχος του σμήνους. Επιπλέον, μπόρεσαν να συντονίσουν σχηματισμούς που βελτίωσαν συγκεκριμένες εργασίες όπως η προώθηση ή η ταξινόμηση.

Αποτελέσματα Καθαρισμού

Ο πυκνός σμήνος συνέλεξε το 80% των βακτηρίων και των ρύπων μικροπλαστικών στην πρώτη του εκτέλεση. Σημαντικό είναι ότι οι συλλεγμένοι ρύποι παρέμειναν συνδεδεμένοι με τα μικρορομπότ μετά την εξαγωγή τους από το νερό. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκαν υπερήχοι στα μικρορομπότ σε διάλυμα που τους επέτρεψε να απελευθερώσουν τα μικροπλαστικά και τα βακτήρια με ασφάλεια σε μια περιορισμένη μονάδα.

Η διαδικασία απολύμανσης περιλάμβανε ένα υπερηχητικό μπάνιο για την εξόντωση των βακτηρίων πριν από τις υπεριώδεις θεραπείες. Μαζί, αυτά τα βήματα εξάλειψαν το 99% των βακτηρίων από τα ρομπότ, καθιστώντας τα ξανά ασφαλή για επαναχρησιμοποίηση. Έτσι, αυτό το πρόγραμμα καθαρισμού σημαίνει ότι τα ρομπότ είναι επαναχρησιμοποιήσιμα με μόνο ελαφρά μείωση στην απόδοση.

Ερευνητές

Η ερευνητική ομάδα πίσω από αυτό το έργο ηγούνταν από τον Martin Pumera. Στο πλαίσιο της στρατηγικής τους, η ομάδα έπρεπε να δημιουργήσει νέες μεθόδους κατασκευής, ανάλυσης κίνησης και εφαρμογής. Η έρευνά τους επαλήθευσε τη θεωρία τους και άνοιξε το δρόμο για πιο σύνθετες διαδικασίες και λειτουργίες στο μέλλον.

Πιθανές Χρήσεις

Υπάρχει ισχυρή ζήτηση για επαναχρησιμοποιήσιμα συστήματα φιλτραρίσματος νερού που παρέχουν συνεπή αποτελέσματα. Η πρόσβαση, το φιλτράρισμα και η παροχή καθαρού νερού έχουν γίνει ζωτικής σημασίας πτυχή της ζωής. Ακολουθούν μερικά πιθανά σενάρια χρήσης για συστήματα φιλτραρίσματος μικρορομπότ στο μέλλον.

Επεξεργασία Νερού

Τα μικροσκοπικά μηχανήματα είναι ιδανικά για τον καθαρισμό των συστημάτων νερού. Μπορούν να εισαχθούν με ελάχιστη προσπάθεια και να συλλεχθούν εύκολα. Σημαντικό είναι ότι τα τρέχοντα συστήματα απολύμανσης νερού στερούνται της απαραίτητης απόδοσης και βασίζονται σε μη βιώσιμα μηχανικά ή χημικά συστήματα. Έτσι, τα μικρορομπότ δεν αφήνουν υπολείμματα, καθιστώντας τα καλύτερη επιλογή.

Καθαρισμός Ωκεανού

Ένα νησί από πλωτά απορρίμματα που εκτείνεται σε μίλια βρίσκεται στη μέση του ωκεανού και συνεχίζει να επεκτείνεται. Αυτή η φρικτή οικολογική κατάσταση είναι μία από τις πολλές που έχει προκαλέσει η πλαστική ρύπανση. Τα μικροπλαστικά από αυτές τις περιοχές συνεχίζουν να βλάπτουν το περιβάλλον, με αποτέλεσμα να προκύπτουν κίνδυνοι για την υγεία.

Οι λύσεις καθαρισμού με μικρορομπότ θα μπορούσαν να εισαχθούν σε αυτές τις επικίνδυνες περιοχές και να ξεκινήσουν τη διαδικασία καθαρισμού χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Επιπλέον, αυτά τα συστήματα μπορούν να κλιμακωθούν για να καλύψουν μελλοντικές ανάγκες και να συνδυαστούν με άλλες τεχνολογίες, όπως μικροοργανισμοί που τρώνε πλαστικό και εξαλείφουν τα απόβλητα μετά τη συλλογή τους.

Υγειονομική Περίθαλψη

Τα μικρορομπότ θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη δημιουργία φαρμάκων χαμηλού κόστους και άλλων συστημάτων διάσωσης ζωής. Σε βραχυπρόθεσμο ορίζοντα, αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να παρέχουν λύσεις καθαρού νερού όταν χρειάζεται. Αυτά τα ρομπότ θα μπορούσαν σύντομα να γίνουν κοινά στα νοσοκομεία, όπου θα χρησιμοποιούνται ως επιπλέον σύστημα φιλτραρίσματος για την εξασφάλιση υψηλότερης ποιότητας αποτελεσμάτων.

Μπορεί επίσης να υπάρξει μια πληθώρα νεοσύστατων επιχειρήσεων που θα αξιοποιήσουν αυτήν την τεχνολογία για την προώθηση των αγορών οικιακού φιλτραρίσματος νερού. Η ποιότητα του νερού αποτελεί παγκόσμιο ζήτημα, και αυτή η τεχνολογία προσφέρει μία από τις πιο καθαρές λύσεις που διατίθενται.

Κατασκευή και Κατασκευή

Τα ρομπότ ελεγχόμενα μαγνητικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία πιο ανθεκτικών κτιρίων και προϊόντων στο μέλλον. Για παράδειγμα, αυτές οι συσκευές μπορούν να βοηθήσουν ένα πάνελ οχήματος να επιστρέψει σε προρυθμισμένη κατάσταση όταν εφαρμόζεται μαγνητική δύναμη. Έτσι, θα μπορούσαν κάποια μέρα να χρησιμοποιηθούν για τη στερέωση περιοχών υψηλής τάσης σε αεροπλάνα, πυραύλους, σκάφη, αυτοκίνητα και ακόμη και ουρανοξύστες.

Οφέλη από τη Χρήση Μικρορομπότ

Τα μικρορομπότ προσφέρουν πολλά οφέλη. Πρώτον, μπορούν να κατασκευαστούν, να αναπτυχθούν, να διαχειριστούν και να συλλεχθούν εύκολα. Αυτές οι συσκευές μπορούν επίσης να ενσωματώνουν αισθητήρες, που παρέχουν πολύτιμα δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση των προσπαθειών κατά της ρύπανσης σε σημαντικό βαθμό.

Επαναχρησιμοποιήσιμα Μικρορομπότ

Μία από τις μεγαλύτερες επαναστατικές εξελίξεις αυτής της έρευνας είναι η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης των ρομπότ. Υπάρχει μια μικρή απώλεια απόδοσης σε κάθε κύκλο. Ωστόσο, αυτή η μικρή απώλεια αντισταθμίζεται από τη συμπεριφορά του σμήνους. Επιπλέον, το χαμηλό κόστος λειτουργίας σημαίνει ότι κάποιος θα μπορούσε κάποια μέρα να δημιουργήσει τεράστιους σμήνους που θα βελτιώσουν την αποδοτικότητα σε διάφορους κλάδους.

Ελεγχόμενη Αποδέσμευση

Ένα ακόμη μεγάλο όφελος αυτής της εξέλιξης είναι η δυνατότητα ελεγχόμενης απελευθέρωσης των τοξινών. Είναι γνωστό ότι είναι εξαιρετικά δύσκολο να βρεθούν τρόποι για τον καθαρισμό υδάτινων περιβαλλόντων και το φιλτράρισμα επικίνδυνων υλικών χωρίς να αφήνουν χημικά υπολείμματα. Αυτή η μέθοδος εξαλείφει τα χημικά από την εξίσωση, καθιστώντας τη πολύ πιο ασφαλή και βιώσιμη.

Μαγνητική Ενέργεια

Η χρήση μαγνητικής ενέργειας για την οργάνωση και λειτουργία αυτών των μικροσκοπικών ρομπότ προσθέτει ένα ακόμη επίπεδο οφέλους στην εξίσωση. Οι μαγνητικές αλληλεπιδράσεις δεν απαιτούν τα ρομπότ να έχουν μπαταρίες. Έτσι, οι μηχανικοί μείωσαν το μέγεθος, το βάρος και άλλους παράγοντες.

Εταιρείες που Θα Μπορούσαν να Ωφεληθούν από αυτές τις Εξελίξεις

Πολλοί κλάδοι θα μπορούσαν να ωφεληθούν από τα μικρορομπότ καθαρισμού νερού. Το περιβάλλον χρειάζεται λύσεις για την απομάκρυνση των μικροπλαστικών. Επιπλέον, οι υπηρεσίες υγειονομικής περίθαλψης και απολύμανσης θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν αυτήν την τεχνολογία για τη βελτίωση των προσφορών τους. Ακολουθούν μερικές εταιρείες με δυνατότητα ωφέλειας από αυτές τις προόδους στο μέλλον.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

DNA Διάγραμμα τιμής

Η Ginkgo Bioworks (DNA ) Inc. είναι μια εταιρεία βιοτεχνολογίας που ειδικεύεται σε οργανικές λύσεις. Η εταιρεία προσφέρει χρήσιμες βιοτεχνολογικές βιομηχανικές υπηρεσίες που μειώνουν το κόστος και βελτιώνουν την αποδοτικότητα. Σημαντικό είναι ότι η εταιρεία δημιουργήθηκε από 5 αποφοίτους του MIT και αυτή τη στιγμή ο Jason Kelly είναι Διευθύνων Σύμβουλος. Σήμερα, η Ginkgo Bioworks Holdings είναι ένα εξέχον όνομα στην αγορά.

Η Ginkgo Bioworks έχει σημειώσει σημαντική ανάπτυξη. Το 2022, εξαγόρασε το κέντρο Έρευνας & Ανάπτυξης Βιολογικών της Bayer και ξεκίνησε μια στρατηγική συνεργασία. Οι μετοχές της εταιρείας έχουν παρουσιάσει μια ελαφρά πτώση στην αξία τους τον τελευταίο χρόνο, ακολουθώντας την υπόλοιπη αγορά. Ωστόσο, η θέση της Ginkgo Bioworks Holdings στην αγορά και οι προηγμένες ιδιόκτητες λύσεις της την καθιστούν ισχυρή προσθήκη σε οποιοδήποτε χαρτοφυλάκιο.

Imina Technologies S.A.

Η Imina Technologies εξειδικεύεται σε πλατφόρμες ρομποτικής. Η ερευνητική και κατασκευαστική εταιρεία διαθέτει πολλά προϊόντα που επιτρέπουν αλληλεπιδράσεις μικρο- και νανοκλίμακας. Το κορυφαίο προϊόν τους, το miBot, είναι το πιο συμπαγές ρομπότ με 4 βαθμούς ελευθερίας που διατίθεται εμπορικά παγκοσμίως.

Ο ασύρματος σχεδιασμός του ρομπότ το καθιστά ιδανικό για την ελεύθερη σάρωση μικροσκοπικών επιφανειών. Το ρομπότ μπορεί φυσικά να προσαρμοστεί σε μεταβαλλόμενο περιβάλλον. Επιπλέον, χρησιμοποιεί μαγνητικούς φακούς για την παραγωγή εικόνων υψηλής ανάλυσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές εφαρμογές. Αυτό το ρομπότ θα μπορούσε κάποια μέρα να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της προόδου των μικρορομπότ και άλλα.

Το Μέλλον των Μικρορομπότ

Το μέλλον της μικρο-ρομποτικής φαίνεται λαμπρό, με την τεχνητή νοημοσύνη και άλλες τεχνολογίες να παίζουν ολοένα και μεγαλύτερο ρόλο και να οδηγούν την καινοτομία. Στο μέλλον, η νανο- και μικρο-ρομποτική θα γίνουν μέρος της καθημερινής ζωής. Αυτοί οι μικροί εργαζόμενοι θα μπορούσαν να εκτελούν εργασίες όπως έλεγχοι ασφαλείας, επισκευές, συντήρηση και άλλα.

Η νανοτεχνολογία βρίσκεται σε άνοδο και η εισαγωγή αυτοτροφοδοτούμενων συσκευών έχει ανοίξει το δρόμο για νέες χρήσεις. Υπάρχουν μικρορομπότ που τροφοδοτούνται από στατική ηλεκτρισμό ή άλλες διαθέσιμες πηγές σήμερα. Αυτές οι εξελίξεις καθιστούν δυνατή τη χρήση μικρορομπότ για την καταπολέμηση βακτηρίων σε νέες και ευνοϊκές τοποθεσίες. Έτσι, ο τομέας της μικρο-ρομποτικής είναι ένας που αξίζει να παρακολουθείται.

Τα Μικρορομπότ Μπορούν να Σώσουν Ζωές

Αυτή η εξέλιξη έχει τη δυνατότητα να σώσει εκατομμύρια ζωές εντός και εκτός του ωκεανού τα επόμενα χρόνια. Η λύση στη ρύπανση δεν είναι μια απλή απάντηση. Αντίθετα, ο κόσμος πρέπει να εξετάσει όλες τις διαθέσιμες επιλογές και να συνδυάσει εκείνες που έχουν νόημα. Τα συστήματα μικρορομπότ για την απολύμανση του νερού προσφέρουν μοναδικά οφέλη που τα καθιστούν αξιόλογα για διερεύνηση.

Ο συνδυασμός αυτών των προσπαθειών με βιώσιμη ενέργεια και η μείωση της ρύπανσης είναι το κλειδί για την επιτυχία. Μαζί, αυτή η πολυδιάστατη προσέγγιση θα μπορούσε να είναι αυτό που χρειάζεται για να γυρίσει το ρολόι της ρύπανσης πίσω. Προς το παρόν, οι ερευνητές εργάζονται αδιάλειπτα για την εξεύρεση λύσεων.

Ένας Καθαρότερος Ωκεανός είναι Καλύτερος για Όλους

Η χρήση μικρορομπότ για την καταπολέμηση της ρύπανσης σε νανοκλίμακα έχει νόημα για πολλούς λόγους. Πρώτον, είναι κατάλληλου μεγέθους για να ολοκληρώσουν την εργασία. Αυτές οι μικροσκοπικές μονάδες μπορούν να κάνουν πολλά όταν λειτουργούν σε σμήνους, και όταν συνδυάζονται με άλλες τεχνολογίες, όπως η τεχνητή νοημοσύνη, το blockchain και το IoT, τα αποτελέσματα γίνονται εύκολα ανιχνεύσιμα παγκοσμίως. Για αυτούς και πολλούς άλλους λόγους, αυτό το έργο έχει μεγάλο δυναμικό.

Μάθετε για άλλα ενδιαφέροντα περιβαλλοντικά έργα εδώ