Utilizzare i microbot per mantenere l’oceano pulito

Researchers have figured out an effective way to keep the world’s waterways cleaner. A studio published in ACS Nano this week explains how microbots could reduce plastic pollution in aquatic environments. These magnetic-powered devices offer a sustainable and reusable option to the market. Here’s everything you need to know about how researchers want to use tiny robots to fight pollution.

I microplastiche causano problemi

Le microplastiche sono un problema importante per il mondo. Queste piccole particelle si formano nel tempo quando i prodotti plastici si degradano. Le microplastiche misurano -5 micrometri di dimensione, rendendole molto difficili da raccogliere dagli ambienti acquatici. Purtroppo, queste piccole particelle di plastica rappresentano rischi ecologici e per la salute se lasciate intatte.

Catene alimentari

Un problema importante delle microplastiche è che vengono consumate da pesci e altri organismi marini. Queste particelle vengono ingerite, introducendo le microplastiche nella catena alimentare. Purtroppo, il ciclo non si ferma; anche dopo che le microplastiche arrivano al consumo umano, ritornano nell’ambiente.
Campioni di feci hanno confermato che le microplastiche hanno inquinato l’ambiente così tanto da essere ora una parte del tuo corpo. Uno studio ha scoperto che la persona media ingerisce 50.000 particelle di plastica all’anno. Oggi, queste particelle nocive si trovano in quasi tutti gli aspetti della vita, rendendo fondamentale l’implementazione di sistemi di riduzione.

Batteri

Le microplastiche sono dannose per lo sviluppo cerebrale e causano altre malattie. Queste piccole particelle di plastica attirano la crescita problematica di alghe e batteri. Queste specie creano patogeni e causano malattie se consumate o inalate per periodi prolungati. In particolare, gli studi hanno collegato le malattie respiratorie e cardiovascolari alle microplastiche presenti nell’aria, nel suolo e nell’acqua. Perciò, c’è una forte domanda di ridurre il loro impatto ambientale e sulla salute.

Microbot

I microbot sono piccoli macchinari che spesso contengono un componente mobile che può essere attivato mediante forze elettriche, chimiche o magnetiche. Esistono molte applicazioni per questi piccoli robot, dalla sanità alla sicurezza. In questo caso, i ricercatori hanno cercato di creare uno sciame alimentato e controllato magneticamente che potesse essere gestito in base alla corrente.

La loro creazione è stata un microbot da 2,8 micrometri, controllato magneticamente. Dalle strutture dei microbot si estendono filamenti sequestranti polimerici con particelle magnetiche caricate positivamente. Questa struttura consente alle braccia e ai robot di essere raccolti e controllati tramite magneti. In particolare, i ricercatori hanno sfruttato Dynabeads modificati con ammina, funzionalizzati con il ligando contenente gruppi carbossilici, il polimero (N-[3-(dimetilammino)propil] metacrilammide).

Gli sciami migliorano le prestazioni

Le dimensioni ridotte di questi bot li rendono inefficaci nel completare la maggior parte dei compiti da soli. Tuttavia, questi sistemi sfruttano gli sciami per svolgere compiti complessi in modo efficace. Come in natura, gli sciami creano efficienza e garantiscono che un singolo punto di guasto non impedisca l’esecuzione dei compiti necessari. Pertanto, i microbot sono un altro esempio di imitazione della natura da parte dell’uomo.
In questo caso, i filamenti magnetici possono organizzarsi quando viene applicato un campo magnetico. Una volta combinati, il campo magnetico può essere usato per coordinare i movimenti dello sciame come un’unità coesa. Questo movimento può raccogliere microplastiche e batteri senza lasciare rifiuti aggiuntivi.

Esperimenti e test

I ricercatori hanno iniziato a testare i loro sciami di microrobot polimerici controllati magneticamente in compiti di pulizia dell’acqua per valutare la loro efficacia e affidabilità. Hanno scoperto che quando si auto-organizzano in piani rotanti, questi piccoli macchinari rimuovono una quantità significativa di inquinanti dall’acqua con requisiti di energia minimi.
I test sono iniziati creando un ambiente artificialmente inquinato. I ricercatori hanno realizzato questo compito introducendo minuscole perline di polistirene fluorescente di 1 micrometro di larghezza nell’acqua di prova. Poi, i ricercatori hanno introdotto batteri nell’equazione. Hanno usato il comune batterio responsabile della polmonite, Pseudomonas aeruginosa, garantendo l’uso di un esempio reale.

Aggiunta dei microbot

I microbot sono stati aggiunti all’ambiente di prova e un campo magnetico è stato applicato al gruppo. Notare che il campo magnetico è stato mantenuto in rotazione per 30 minuti. Inoltre, è stato spento ogni 10 secondi. Il campo ha fatto concentrare i microbot in una concentrazione di 7,5 milligrammi per millimetro, risultata ideale per i compiti di pulizia.

Controllo dello sciame di microbot

I ricercatori hanno scoperto di aver ottenuto un controllo significativo sui dispositivi tramite potenziamenti magnetici. Hanno regolato la direzione, la velocità, la dimensione e lo spessore dello sciame. Inoltre, sono stati in grado di coordinare formazioni che miglioravano compiti specifici come la propulsione o la separazione.

Risultati della pulizia

Lo sciame denso ha catturato l’80% dei batteri e degli inquinanti microplastici al suo primo utilizzo. Notare che gli inquinanti raccolti sono rimasti attaccati ai microbot dopo la loro estrazione dall’acqua. Onde ultrasoniche sono state poi applicate ai microbot in una soluzione che ha permesso loro di rilasciare in modo sicuro microplastiche e batteri in un’unità contenuta.
Il processo di decontaminazione ha incluso un bagno ultrasonico per uccidere i batteri prima di sottoporli a trattamenti ultravioletti. Insieme, questi passaggi hanno eliminato il 99% dei batteri dai robot, rendendoli nuovamente sicuri per il riutilizzo. Pertanto, questo regime di pulizia significa che i bot sono riutilizzabili con solo una leggera degradazione dei risultati.

Ricercatori

Il team di ricerca dietro questo progetto era guidato da Martin Pumera. Come parte della loro strategia, il team ha dovuto creare nuovi metodi di fabbricazione, analisi del movimento e applicazione. La loro ricerca ha confermato la loro tesi e ha aperto la porta a processi e funzionalità più complessi in futuro.

Possibili casi d’uso

C’è una forte domanda di sistemi di filtrazione dell’acqua riutilizzabili che forniscano risultati costanti. L’accesso, la filtrazione e la consegna di acqua pulita sono diventati un aspetto vitale della vita. Ecco alcuni scenari di casi d’uso potenziali per i sistemi di filtrazione a microrobot in futuro.

Trattamento dell’acqua

I piccoli macchinari sono ideali per pulire i sistemi idrici. Possono essere introdotti con sforzo minimo e raccolti facilmente. Notare che gli attuali sistemi di purificazione dell’acqua mancano delle prestazioni necessarie e si basano su sistemi meccanici o chimici non sostenibili. Pertanto, i microbot non lasciano residui, rendendoli un’opzione migliore.

Pulizia degli oceani

Un’isola di rifiuti galleggianti che si estende per miglia esiste nel mezzo dell’oceano e continua a espandersi. Questa terribile situazione ecologica è una delle tante conseguenze dei rifiuti plastici. Le microplastiche provenienti da queste aree continuano a danneggiare l’ambiente, il che a sua volta comporta rischi per la salute.

Le soluzioni di pulizia microrobotiche potrebbero essere introdotte in queste aree pericolose e avviare il processo di pulizia senza intervento umano. Inoltre, questi sistemi possono scalare per soddisfare le esigenze future e combinarsi con altre tecnologie come i microbi che mangiano plastica, i quali eliminano i rifiuti dopo che sono stati raccolti.

Sanità

I microbot potrebbero aiutare a creare farmaci a basso costo e altri sistemi salvavita. A breve termine, questi dispositivi potrebbero fornire soluzioni di acqua pulita quando necessario. Questi bot potrebbero diventare comuni negli ospedali a breve, dove potrebbero essere usati come sistema di filtrazione aggiuntivo per garantire risultati di qualità superiore.
Potrebbe anche verificarsi un afflusso di startup che sfruttano questa tecnologia per guidare i mercati della purificazione domestica dell’acqua. La qualità dell’acqua è una preoccupazione globale, e questa tecnologia offre una delle soluzioni più pulite disponibili.

Costruzione e manifattura

I robot controllati magneticamente potrebbero essere usati per creare edifici e prodotti più resistenti in futuro. Ad esempio, questi dispositivi possono aiutare una pannellatura di veicolo a tornare a uno stato predefinito quando viene applicata una forza magnetica. Pertanto, potrebbero un giorno essere usati per tenere insieme aree ad alta tensione su jet, razzi, barche, auto e persino grattacieli.

Benefici dell’uso dei microbot

I microbot offrono molti benefici. Per prima cosa, possono essere facilmente fabbricati, distribuiti, gestiti e raccolti. Questi dispositivi possono anche integrare sensori, che aiutano a fornire dati preziosi che possono essere usati per migliorare notevolmente gli sforzi anti-inquinamento.

Microbot riutilizzabili

Una delle più grandi scoperte di questa ricerca è la capacità di riutilizzare i bot. C’è una leggera perdita di prestazioni ad ogni ciclo. Tuttavia, questa è una piccola perdita di performance che il comportamento dello sciame aiuta a compensare. Inoltre, i bassi costi operativi significano che chiunque potrebbe un giorno creare sciami massivi che migliorano l’efficienza in diversi settori.

Rilascio controllato

Un altro grande vantaggio di questo sviluppo è la capacità di effettuare un rilascio controllato delle tossine. È stato notoriamente difficile ideare modi per pulire gli ambienti acquatici e filtrare materiali pericolosi senza lasciare residui chimici. Questo metodo elimina i prodotti chimici dall’equazione, rendendolo molto più sicuro e sostenibile.

Energia magnetica

L’uso dell’energia magnetica per organizzare e far funzionare questi piccoli robot aggiunge un ulteriore livello di benefici all’equazione. Le interazioni magnetiche non richiedono che i bot abbiano batterie. Pertanto, gli ingegneri hanno ridotto dimensioni, peso e altri fattori.

Aziende che potrebbero beneficiare di questi sviluppi

Molte industrie potrebbero beneficiare dei microbot per la pulizia dell’acqua. L’ambiente ha bisogno di soluzioni per la rimozione delle microplastiche. Inoltre, i servizi sanitari e di purificazione potrebbero sfruttare questa tecnologia per migliorare le loro offerte. Ecco alcune aziende con il potenziale di trarre vantaggio da questi progressi in futuro.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

DNA Grafico dei prezzi

Ginkgo Bioworks (DNA ) Inc. è una società biotech specializzata in soluzioni organiche. L’azienda offre servizi biotecnologici industriali utili che riducono i costi e migliorano l’efficienza. Notare che la società è stata creata da 5 laureati del MIT e attualmente ha Jason Kelly come CEO. Oggi, Ginkgo Bioworks Holdings è un nome di spicco nel mercato.
Ginkgo Bioworks ha registrato una crescita considerevole. Nel 2022, ha acquisito il sito di Ricerca e Sviluppo Biologico di Bayer e ha avviato una partnership strategica. Le azioni della società hanno subito un leggero calo di valore nell’ultimo anno in linea con il resto del mercato. Tuttavia, il posizionamento di mercato di Ginkgo Bioworks Holdings e le soluzioni proprietarie avanzate lo rendono un’aggiunta solida a qualsiasi portafoglio.

Imina Technologies S.A.

Imina Technologies è specializzata in piattaforme robotiche. L’azienda di ricerca e produzione ha diversi prodotti che consentono interazioni micro e nanoscalari. Il loro prodotto di punta, il miBot, è il robot commerciale più compatto al mondo con 4 gradi di libertà.
Il design senza cavo del robot lo rende ideale per scandire liberamente superfici microscopiche. Il robot può adattarsi naturalmente a un ambiente in evoluzione. Inoltre, utilizza lenti magnetiche per produrre immagini ad alta risoluzione che possono essere usate in molteplici applicazioni. Questo bot potrebbe un giorno essere usato per monitorare i progressi dei microrobot e altro ancora.

Futuro dei microbot

Il futuro della micro-robotica appare promettente, con l’IA e altre tecnologie che giocano un ruolo crescente e guidano l’innovazione. In futuro, la nano e micro-robotica diventerà parte della vita quotidiana. Questi piccoli operai potrebbero svolgere compiti come scansioni di sicurezza, riparazioni, manutenzione e altro.
La nanotecnologia è in crescita e l’introduzione di dispositivi autoalimentati ha aperto la porta a nuovi casi d’uso. Oggi esistono mini robot che si alimentano di elettricità statica o altre fonti disponibili. Questi sviluppi rendono possibile utilizzare i microbot per combattere i batteri in nuove e vantaggiose posizioni. Pertanto, il campo della micro-robotica è da tenere d’occhio.

I microbot possono salvare vite

Questo sviluppo ha il potenziale di salvare milioni di vite dentro e fuori dall’oceano nei prossimi anni. La soluzione all’inquinamento non è una risposta semplice. Invece, il mondo deve considerare tutte le opzioni disponibili e combinare quelle sensate. I sistemi di purificazione dell’acqua microrobotici offrono benefici unici che li rendono degni di esplorazione.
Combinare questi sforzi con energia sostenibile e riduzione dell’inquinamento è la chiave del successo. Insieme, questo approccio multifaccettato potrebbe essere ciò che serve per far tornare indietro il tempo sull’inquinamento. Per ora, i ricercatori lavorano incessantemente alla ricerca di soluzioni.

Un oceano più pulito è meglio per tutti

Utilizzare i microbot per combattere l’inquinamento a livello nanometrico ha senso per molte ragioni. Per prima cosa, hanno le dimensioni adeguate per svolgere il lavoro. Queste unità microscopiche possono fare molto quando operano in sciami e, se accoppiate ad altre tecnologie, come IA, blockchain e IoT, i risultati diventano facilmente tracciabili in tutto il mondo. Per queste ragioni e molte altre, questo progetto ha un grande potenziale.

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