Usando microbots para mantener el océano limpio

Los investigadores han descubierto una forma eficaz de mantener más limpias las vías fluviales del mundo. Un estudio publicado en ACS Nano esta semana explica cómo los microbots podrían reducir la contaminación plástica en entornos acuáticos. Estos dispositivos impulsados por magnetismo ofrecen una opción sostenible y reutilizable para el mercado. Aquí tienes todo lo que necesitas saber sobre cómo los investigadores quieren usar diminutos robots para combatir la contaminación.

Los microplásticos causan problemas

Los microplásticos son un problema importante para el mundo. Estas diminutas partículas se forman con el tiempo a medida que los productos plásticos se descomponen. Los microplásticos miden -5 micrómetros de tamaño, lo que los hace muy difíciles de recolectar de los entornos acuáticos. Lamentablemente, estas pequeñas partículas plásticas representan riesgos ecológicos y de salud cuando se dejan sin tratar.

Cadenas alimentarias

Un problema importante con los microplásticos es que son consumidos por peces y otras especies marinas. Estas partículas son ingeridas, lo que introduce microplásticos en la cadena alimentaria. Lamentablemente, el ciclo no termina; incluso después de que los microplásticos llegan al consumo humano, vuelven al medio ambiente.

Muestras de heces han confirmado que los microplásticos han contaminado tanto el entorno que ahora forman parte de tu cuerpo. Un estudio encontró que la persona promedio consume 50 000 partículas plásticas al año. Hoy en día, estas partículas nocivas pueden encontrarse en casi todos los aspectos de la vida, lo que hace fundamental implementar sistemas de reducción.

Bacterias

Los microplásticos son perjudiciales para el desarrollo cerebral y causan otras enfermedades. Estas diminutas partículas plásticas atraen el crecimiento problemático de algas y bacterias. Estas especies crean patógenos y causan enfermedad si se consumen o inhalan durante períodos prolongados. Específicamente, los estudios han vinculado enfermedades respiratorias y cardiovasculares a los microplásticos en el aire, el suelo y el agua. Por ello, existe una fuerte demanda de reducir su impacto ambiental y sanitario.

Microbots

Los microbots son máquinas diminutas que a menudo contienen un componente móvil que puede activarse mediante fuerzas eléctricas, químicas o magnéticas. Hay muchas aplicaciones para estos pequeños robots, desde la atención médica hasta la seguridad. En este caso, los investigadores buscaban crear un enjambre magnéticamente alimentado y controlado que pudiera dirigirse según la corriente.

Fuente – ACS NANO

Su creación fue un microbot de 2,8 micrómetros, controlado magnéticamente. Extendiéndose desde los cuerpos de los microbots hay hebras secuestrantes poliméricas con partículas magnéticas cargadas positivamente. Esta estructura permite que los brazos y robots se agrupen y controlen mediante imanes. Específicamente, los investigadores aprovecharon Dynabeads modificados con amina funcionalizados con el ligando que contiene carboxilo poli (N-[3-(dimetilamino)propil] metacrilamida).

Los enjambres mejoran el rendimiento

El diminuto tamaño de estos bots los hace ineficaces para completar la mayoría de las tareas por sí solos. Sin embargo, estos sistemas aprovechan los enjambres para lograr tareas complejas de manera eficaz. Al igual que en la naturaleza, los enjambres crean eficiencia y aseguran que un solo punto de falla no impida la realización de las tareas necesarias. Como tal, los microbots son otro ejemplo de la imitación humana de la naturaleza.

En este caso, las hebras magnéticas pueden organizarse cuando se aplica un campo magnético. Una vez combinadas, el campo magnético puede usarse para coordinar los movimientos del enjambre como una unidad cohesionada. Este movimiento puede servir para recolectar microplásticos y bacterias sin generar residuos adicionales.

Experimentos y pruebas

Los investigadores comenzaron a probar sus enjambres de microrobots poliméricos controlados magnéticamente en tareas de limpieza de agua para medir su efectividad y fiabilidad. Descubrieron que, cuando se autoorganizan en planos giratorios, estas diminutas máquinas eliminan una cantidad significativa de contaminantes del agua con requisitos mínimos de energía.

Sus pruebas iniciaron creando un entorno artificialmente contaminado. Los investigadores lograron esto introduciendo diminutas perlas fluorescentes de poliestireno de 1 micrómetro de ancho al agua de prueba. Luego, los investigadores añadieron bacterias a la ecuación. Utilizaron la bacteria común causante de neumonía llamada Pseudomonas aeruginosa, asegurando un ejemplo del mundo real.

Añadiendo los microbots

Los microbots se añadieron al entorno de prueba y se aplicó un campo magnético al grupo. Notablemente, el campo magnético se mantuvo girando durante 30 minutos. Además, se apagó cada 10 segundos. El campo hizo que los microbots se concentraran en una concentración de 7,5 miligramos por milímetro, lo que resultó ideal para las tareas de limpieza.

Controlando el enjambre de microbots

Los investigadores descubrieron que obtuvieron un control significativo sobre los dispositivos mediante aumentos magnéticos. Ajustaron la dirección, velocidad, tamaño y grosor del enjambre. Además, pudieron coordinar formaciones que mejoraron tareas específicas como la propulsión o la clasificación.

Resultados de la limpieza

El denso enjambre capturó el 80 % de las bacterias y contaminantes de microplástico en su primera pasada. Notablemente, los contaminantes recolectados permanecieron adheridos a los microbots después de su extracción del agua. Luego se aplicaron ondas ultrasónicas a los microbots en una solución que les permitió liberar los microplásticos y bacterias en una unidad contenida de forma segura.

El proceso de descontaminación incluyó un baño ultrasónico para matar bacterias antes de someterlos a tratamientos ultravioleta. Juntos, estos pasos eliminaron el 99 % de las bacterias de los robots, haciéndolos seguros nuevamente para reutilizar. En consecuencia, este régimen de limpieza significa que los bots son reutilizables con solo una ligera degradación en los resultados.

Investigadores

El equipo de investigación detrás de este proyecto estaba encabezado por Martin Pumera. Como parte de su estrategia, el equipo tuvo que crear nuevos métodos de fabricación, análisis de movimiento y aplicación. Su investigación demostró su tesis y abrió la puerta a procesos y funcionalidades más complejas en el futuro.

Casos de uso potenciales

Existe una fuerte demanda de sistemas de filtración de agua reutilizables que ofrezcan resultados consistentes. Acceder, filtrar y entregar agua limpia se ha convertido en un aspecto vital de la vida. Aquí hay algunos escenarios de casos de uso potenciales para sistemas de filtración de microrobots en el futuro.

Tratamiento de agua

Las máquinas diminutas son ideales para limpiar sistemas de agua. Pueden introducirse con un esfuerzo mínimo y recolectarse fácilmente. Notablemente, los sistemas actuales de purificación de agua carecen del rendimiento necesario y dependen de sistemas mecánicos o químicos insostenibles. En consecuencia, los microbots no dejan residuos, lo que los convierte en una mejor opción.

Limpieza del océano

Existe una isla de desechos flotantes de varios kilómetros en medio del océano que sigue expandiéndose. Esta horrible situación ecológica es una de las muchas que los desechos plásticos han causado. Los microplásticos de estos lugares continúan dañando el medio ambiente, lo que a su vez genera riesgos para la salud.

Fuente – AP:J. Lavers

Las soluciones de limpieza microrobótica podrían introducirse en estas áreas peligrosas y comenzar el proceso de limpieza sin intervención humana. Además, estos sistemas pueden escalar para satisfacer necesidades futuras y combinarse con otras tecnologías como microbios que comen plástico y eliminan los desechos después de haber sido recolectados.

Cuidado de la salud

Los microbots podrían ayudar a crear medicamentos de bajo costo y otros sistemas que salvan vidas. A corto plazo, estos dispositivos podrían ayudar a proporcionar soluciones de agua limpia cuando sea necesario. Estos bots podrían convertirse en algo común en hospitales pronto, donde podrían usarse como un sistema de filtración adicional para garantizar resultados de mayor calidad.

También podría haber una oleada de startups que aprovechen esta tecnología para impulsar los mercados de purificación de agua doméstica. La calidad del agua es una preocupación global, y esta tecnología ofrece una de las soluciones más limpias disponibles.

Construcción y fabricación

Los robots controlados magnéticamente podrían usarse para crear edificios y productos más fuertes en el futuro. Por ejemplo, estos dispositivos pueden ayudar a que un panel de vehículo vuelva a su estado preestablecido cuando se aplique fuerza magnética. Como tal, podrían usarse algún día para mantener unidos áreas de alta tensión en jets, cohetes, barcos, automóviles e incluso rascacielos.

Beneficios de usar microbots

Los microbots aportan muchos beneficios a la ecuación. Por un lado, pueden fabricarse, desplegarse, gestionarse y recolectarse fácilmente. Estos dispositivos también pueden integrar sensores, lo que ayuda a proporcionar datos valiosos que pueden usarse para potenciar considerablemente los esfuerzos anti‑contaminación.

Microbots reutilizables

Uno de los mayores avances de esta investigación es la capacidad de reutilizar los bots. Hay una ligera pérdida de rendimiento en cada ciclo. Sin embargo, esta pérdida es mínima y el comportamiento de enjambre ayuda a compensarla. Además, los bajos costos operativos significan que cualquiera podría crear algún día enjambres masivos que mejoren la eficiencia en diversas industrias.

Liberación controlada

Otro gran beneficio de este desarrollo es la capacidad de realizar una liberación controlada de los tóxicos. Ha sido notoriamente difícil idear formas de limpiar entornos acuáticos y filtrar materiales peligrosos sin dejar residuos químicos. Este método elimina los químicos de la ecuación, haciéndolo mucho más seguro y sostenible.

Energía magnética

El uso de energía magnética para organizar y operar estos diminutos robots añade otra capa de beneficios a la ecuación. Las interacciones magnéticas no requieren que los bots tengan baterías. Como tal, los ingenieros redujeron el tamaño, peso y otros factores.

Empresas que podrían beneficiarse de estos desarrollos

Muchas industrias podrían beneficiarse de los microbots de limpieza de agua. El medio ambiente necesita soluciones para la eliminación de microplásticos. Además, los servicios de salud y purificación podrían aprovechar esta tecnología para mejorar sus ofertas. Aquí hay algunas empresas con potencial para beneficiarse de estos avances en el futuro.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

(DNA )

Ginkgo Bioworks Inc. es una empresa biotecnológica que se especializa en soluciones orgánicas. La firma ofrece servicios industriales de biotecnología útiles que reducen costos y mejoran la eficiencia. Notablemente, la empresa fue creada por 5 graduados del MIT y actualmente tiene a Jason Kelly como CEO. Hoy, Ginkgo Bioworks Holdings es un nombre prominente en el mercado.

Ginkgo Bioworks ha experimentado un crecimiento considerable. En 2022, adquirió el sitio de Investigación y Desarrollo de Biológicos de Bayer y comenzó una asociación estratégica. Las acciones de la compañía han mostrado una ligera caída en valor durante el último año siguiendo al resto del mercado. Sin embargo, la posición de mercado de Ginkgo Bioworks Holdings y sus soluciones propietarias avanzadas la convierten en una fuerte adición a cualquier cartera.

Imina Technologies S.A.

Imina Technologies se especializa en plataformas robóticas. La firma de investigación y fabricación tiene múltiples productos que permiten interacciones micro y nanoscala. Su producto principal, el miBot, es el robot comercialmente disponible con 4 grados de libertad más compacto del mundo.

El diseño sin ataduras del robot lo hace ideal para escanear superficies microscópicas libremente. El robot puede adaptarse naturalmente a un entorno cambiante. Además, utiliza lentes magnéticos para producir imágenes de alta resolución que pueden usarse en múltiples aplicaciones. Este bot podría algún día usarse para monitorear el progreso de microrobots y más.

Futuro de los microbots

El futuro de la micro‑robótica se ve brillante, con la IA y otras tecnologías desempeñando un papel cada vez mayor y impulsando la innovación. En el futuro, la nano y micro‑robótica se convertirán en parte de la vida cotidiana. Estos pequeños trabajadores podrían realizar tareas como escaneos de seguridad, reparaciones, mantenimiento y más.

La nanotecnología está en auge y la introducción de dispositivos auto‑alimentados ha abierto la puerta a nuevos casos de uso. Hoy existen mini robots que se alimentan de electricidad estática u otras opciones fácilmente disponibles. Estos desarrollos hacen posible usar microbots para combatir bacterias en ubicaciones nuevas y ventajosas. Como tal, el campo de la micro‑robótica es uno a observar.

Los microbots pueden salvar vidas

Este desarrollo tiene el potencial de salvar millones de vidas dentro y fuera del océano en los próximos años. La solución a la contaminación no es una respuesta sencilla. En cambio, el mundo necesita considerar todas las opciones disponibles y combinar las que tengan sentido. Los sistemas de purificación de agua microrobóticos ofrecen beneficios únicos que los hacen dignos de explorar.

Combinar estos esfuerzos con energía sostenible y la reducción de la contaminación es la clave del éxito. Juntos, este enfoque multifacético podría ser lo que se necesite para revertir el reloj de la contaminación. Por ahora, los investigadores trabajan sin descanso buscando soluciones.

Un océano más limpio es mejor para todos

Usar microbots para combatir la contaminación a escala nanométrica tiene sentido por múltiples razones. Por un lado, están dimensionados adecuadamente para realizar el trabajo. Estas unidades microscópicas pueden hacer mucho cuando trabajan en enjambres, y cuando se combinan con otras tecnologías, como IA, blockchain e IoT, los resultados se vuelven fácilmente rastreables en todo el mundo. Por estas razones y muchas más, este proyecto tiene mucho potencial.

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