마이크로봇을 사용하여 바다를 깨끗하게 유지하기

Researchers have figured out an effective way to keep the world’s waterways cleaner. A 연구 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.

마이크로플라스틱이 문제를 일으키는 이유

마이크로플라스틱은 전 세계적인 큰 문제입니다. 이러한 작은 입자는 플라스틱 제품이 분해되면서 시간이 지나면서 형성됩니다. 마이크로플라스틱은 크기가 -5 마이크로미터에 이르러 수중 환경에서 수집하기 매우 어렵습니다. 안타깝게도, 이러한 작은 플라스틱 입자는 방치될 경우 생태계와 건강에 위험을 초래합니다.

식품 사슬

마이크로플라스틱의 주요 문제 중 하나는 물고기와 기타 해양 생물이 이를 섭취한다는 점입니다. 이 입자들이 먹히면서 마이크로플라스틱이 식품 사슬에 들어가게 됩니다. 안타깝게도 이 순환은 끝나지 않으며, 마이크로플라스틱이 인간에게까지 전달된 후에도 다시 환경으로 돌아갑니다.
대변 샘플 분석 결과, 마이크로플라스틱이 환경을 심각하게 오염시켜 이제는 인체에도 존재한다는 것이 확인되었습니다. 한 연구에 따르면 평균적인 사람은 연간 5만 개의 플라스틱 입자를 섭취한다고 합니다. 오늘날 이러한 유해 입자는 생활의 거의 모든 측면에서 발견되며, 이를 감소시키기 위한 시스템 구축이 필수적입니다.

박테리아

마이크로플라스틱은 뇌 발달에 해롭고 다른 질병을 유발합니다. 이러한 작은 플라스틱 입자는 조류와 박테리아의 문제성 성장을 촉진합니다. 이들 종은 병원균을 생성하며 장기간 섭취하거나 흡입할 경우 질병을 일으킵니다. 특히 연구들은 공기, 토양, 물 속 마이크로플라스틱과 호흡기 및 심혈관 질환 사이의 연관성을 밝혀냈습니다. 따라서 이들의 환경 및 건강 영향을 줄이려는 강력한 요구가 존재합니다.

마이크로봇

마이크로봇은 전기, 화학 또는 자기 힘을 이용해 작동할 수 있는 하나의 움직이는 부품을 포함한 작은 기계입니다. 이 작은 로봇은 의료부터 안전 및 보안까지 다양한 분야에 활용될 수 있습니다. 이번 경우 연구진은 전류에 따라 제어될 수 있는 자기 구동 및 제어 스웜을 만들고자 했습니다.

그들이 만든 것은 2.8 마이크로미터 크기의 자기 제어 마이크로봇이었습니다. 마이크로봇 본체에서 폴리머 결합 스트랜드가 연장되어 있으며, 양전하를 띤 자기 입자가 포함되어 있습니다. 이 구조는 팔과 로봇을 자석으로 모아 제어할 수 있게 합니다. 구체적으로 연구진은 카복실기를 함유한 리간드 폴리(N-[3-(디메틸아미노)프로필] 메타크릴아미드)로 기능화된 아민 변형 Dynabeads를 활용했습니다.

스웜이 성능을 향상시킴

이 로봇들의 작은 크기로 인해 단독으로 대부분의 작업을 수행하기에는 비효율적입니다. 그러나 이러한 시스템은 스웜을 활용해 복잡한 작업을 효과적으로 수행합니다. 자연처럼 스웜은 효율성을 높이고 단일 실패 지점이 작업 수행을 방해하지 않도록 합니다. 따라서 마이크로봇은 인간이 자연을 모방한 또 다른 사례입니다.
이번 경우, 자기 스트랜드는 자기장이 가해지면 조직화될 수 있습니다. 결합된 후, 자기장을 이용해 스웜을 하나의 일관된 단위로 움직임을 조정할 수 있습니다. 이러한 움직임은 추가 폐기물을 남기지 않고 마이크로플라스틱과 박테리아를 수집하는 데 활용될 수 있습니다.

실험 및 테스트

연구진은 물 정화 작업에서 자기 제어 폴리머 마이크로로봇 스웜을 테스트하기 시작했으며, 그 효율성과 신뢰성을 평가했습니다. 그 결과, 스스로 회전 평면을 형성했을 때 이 작은 기계들은 최소한의 전력으로 물에서 상당량의 오염 물질을 제거했습니다.
테스트는 인위적으로 오염된 환경을 조성하는 것으로 시작했습니다. 연구진은 테스트용 물에 1 마이크로미터 폭의 형광 폴리스티렌 비드를 투입해 오염을 만들었습니다. 그 후, 연구진은 일반적인 폐렴을 일으키는 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa를 추가하여 실제 상황을 재현했습니다.

마이크로봇 추가

마이크로봇을 테스트 환경에 추가하고 그룹에 자기장을 가했습니다. 특히, 자기장은 30분 동안 회전하도록 유지되었으며, 10초마다 꺼졌다가 다시 켜졌습니다. 이 필드는 마이크로봇을 7.5 밀리그램/밀리미터 농도로 집중시켰으며, 이는 정화 작업에 이상적이었습니다.

마이크로봇 스웜 제어

연구진은 자기 보강을 통해 장치에 대한 상당한 제어력을 얻었다는 것을 발견했습니다. 그들은 스웜의 방향, 속도, 크기 및 두께를 조정했으며, 추진이나 분류와 같은 특정 작업을 향상시키는 형성을 조정할 수 있었습니다.

정화 결과

조밀한 스웜은 첫 번째 실행에서 박테리아와 마이크로플라스틱 오염 물질의 80%를 포획했습니다. 특히, 수집된 오염 물질은 로봇에서 물을 추출한 후에도 로봇에 부착된 상태로 남아 있었습니다. 이후 초음파 파동을 용액에 적용해 마이크로봇이 마이크로플라스틱과 박테리아를 안전하게 방출하도록 했습니다.
탈오염 과정에는 초음파 욕조를 사용해 박테리아를 사멸시키고, 그 후 자외선 처리를 진행했습니다. 이 단계들을 통해 로봇에서 99%의 박테리아가 제거되어 다시 재사용이 가능해졌습니다. 이와 같은 세척 절차는 로봇이 약간의 성능 저하만으로도 재사용될 수 있음을 의미합니다.

연구원

이 프로젝트의 연구팀은 Martin Pumera가 이끌었습니다. 전략의 일환으로 팀은 새로운 제조 방법, 움직임 분석 및 적용 방식을 개발해야 했습니다. 그들의 연구는 가설을 입증했으며 향후 더 복잡한 프로세스와 기능성을 위한 문을 열었습니다.

잠재적 사용 사례

재사용 가능한 물 필터링 시스템에 대한 강력한 수요가 있습니다. 깨끗한 물을 접근하고, 여과하며, 제공하는 것은 삶의 필수적인 측면이 되었습니다. 앞으로 마이크로로봇 여과 시스템이 활용될 수 있는 잠재적 사용 사례를 소개합니다.

수처리

작은 기계는 물 시스템 정화에 이상적입니다. 최소한의 노력으로 투입될 수 있으며 쉽게 수집됩니다. 현재의 물 정화 시스템은 필요한 성능이 부족하고 지속 불가능한 기계적 또는 화학적 시스템에 의존하고 있습니다. 마이크로봇은 잔류물을 남기지 않아 더 나은 선택입니다.

해양 정화

해양 한가운데에 수 마일에 걸친 떠다니는 쓰레기 섬이 존재하며 계속 확대되고 있습니다. 이 끔찍한 생태적 상황은 플라스틱 폐기물이 초래한 여러 문제 중 하나입니다. 이러한 지역의 마이크로플라스틱은 환경을 해치며, 이는 건강 위험으로 이어집니다.

마이크로로봇 청소 솔루션은 이러한 위험 지역에 투입되어 인간 개입 없이 정화 과정을 시작할 수 있습니다. 또한, 이러한 시스템은 미래의 요구에 맞게 확장 가능하며 플라스틱을 섭취하는 미생물과 결합해 수집된 폐기물을 제거할 수 있습니다.

헬스케어

마이크로봇은 저비용 약품 및 기타 생명 구호 시스템을 만드는 데 기여할 수 있습니다. 단기적으로는 이러한 장치가 필요 시 깨끗한 물 솔루션을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 로봇은 곧 병원에서 일반화되어 추가 여과 시스템으로 활용되어 더 높은 품질의 결과를 보장할 수 있습니다.
또한 이 기술을 활용해 가정용 물 정화 시장을 주도하는 스타트업이 급증할 수 있습니다. 물 품질은 전 세계적인 관심사이며, 이 기술은 가장 깨끗한 솔루션 중 하나를 제공합니다.

건설 및 제조

자기 제어 로봇은 미래에 더 강한 건물과 제품을 만드는 데 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 이러한 장치는 자기력이 가해질 때 차량 패널을 사전 설정된 상태로 복원할 수 있습니다. 따라서 이 기술은 항공기, 로켓, 선박, 자동차, 심지어 초고층 빌딩의 고장력 부위를 결합하는 데 사용될 가능성이 있습니다.

마이크로봇 사용의 이점

마이크로봇은 여러 가지 장점을 제공합니다. 우선, 제조, 배치, 관리 및 수집이 용이합니다. 또한 이 장치는 센서를 통합할 수 있어 오염 방지 노력을 크게 향상시킬 수 있는 귀중한 데이터를 제공할 수 있습니다.

재사용 가능한 마이크로봇

이 연구의 가장 큰 돌파구 중 하나는 로봇을 재사용할 수 있다는 점입니다. 각 사이클마다 약간의 성능 저하가 있지만, 스웜 행동이 이를 보완합니다. 또한 낮은 운영 비용 덕분에 누구나 대규모 스웜을 만들어 산업 전반의 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

제어 방출

이 개발의 또 다른 큰 장점은 독소를 제어된 방식으로 방출할 수 있다는 점입니다. 수중 환경을 정화하고 위험 물질을 화학 잔류물 없이 필터링하는 방법을 고안하는 것이 그동안 매우 어려웠습니다. 이 방법은 화학 물질을 배제하여 훨씬 더 안전하고 지속 가능하게 만듭니다.

자기 에너지

이 작은 로봇을 조직하고 작동시키는 데 자기 에너지를 활용하면 추가적인 이점을 제공합니다. 자기 상호작용은 로봇에 배터리가 필요하지 않게 하며, 따라서 엔지니어들은 크기, 무게 및 기타 요소를 줄일 수 있었습니다.

이 개발로 혜택을 받을 수 있는 기업

다양한 산업이 물 정화 마이크로봇으로부터 혜택을 받을 수 있습니다. 환경은 마이크로플라스틱 제거 솔루션을 필요로 하며, 헬스케어와 정화 서비스도 이 기술을 활용해 제공을 개선할 수 있습니다. 앞으로 이 발전으로 이익을 얻을 수 있는 몇몇 기업을 소개합니다.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

DNA 가격 차트

Ginkgo Bioworks (DNA ) Inc.는 유기 솔루션을 전문으로 하는 바이오테크 기업입니다. 이 회사는 비용을 절감하고 효율성을 높이는 산업 바이오테크 서비스를 제공합니다. 특히, 이 기업은 MIT 졸업생 5명이 설립했으며 현재 Jason Kelly가 CEO로 재직 중입니다. 오늘날 Ginkgo Bioworks Holdings는 시장에서 눈에 띄는 기업입니다.
Ginkgo Bioworks는 상당한 성장을 이루었습니다. 2022년에 Bayer의 바이오로직스 연구·개발 부문을 인수하고 전략적 파트너십을 시작했습니다. 지난 1년간 주식 가치는 시장 전반의 흐름에 따라 약간 하락했지만, Ginkgo Bioworks Holdings의 시장 위치와 고급 독점 솔루션은 포트폴리오에 강력한 추가 요소가 됩니다.

Imina Technologies S.A.

Imina Technologies는 로봇 플랫폼을 전문으로 합니다. 이 연구·제조 기업은 마이크로 및 나노 규모 상호작용을 가능하게 하는 다양한 제품을 보유하고 있습니다. 그들의 주력 제품인 miBot은 세계에서 가장 컴팩트한 4자유도 로봇으로 상업적으로 제공됩니다.
로봇의 무선 설계는 미세 표면을 자유롭게 스캔하기에 이상적이며, 환경 변화에 자연스럽게 적응합니다. 또한, 자기 렌즈를 사용해 고해상도 이미지를 생성해 다양한 응용 분야에 활용할 수 있습니다. 이 로봇은 언젠가 마이크로로봇 진행 상황을 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다.

마이크로봇의 미래

마이크로 로보틱스의 미래는 밝으며, AI 및 기타 기술이 점점 더 큰 역할을 하며 혁신을 주도하고 있습니다. 앞으로 나노 및 마이크로 로보틱스는 일상 생활의 일부가 될 것입니다. 이러한 작은 작업자는 안전 스캔, 수리, 유지보수 등 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.
나노 기술이 부상하고 자체 구동 장치의 도입으로 새로운 사용 사례가 열렸습니다. 오늘날 정전기나 기타 쉽게 이용 가능한 에너지로 스스로 전력을 공급하는 소형 로봇이 존재합니다. 이러한 발전은 마이크로봇을 활용해 새로운 장소에서 박테리아와 싸울 수 있게 합니다. 따라서 마이크로 로봇 분야는 주목할 만합니다.

마이크로봇은 생명을 구할 수 있다

이 개발은 향후 몇 년간 바다 안팎에서 수백만 명의 생명을 구할 잠재력을 가지고 있습니다. 오염에 대한 해결책은 단순하지 않습니다. 대신, 세계는 모든 가능한 옵션을 검토하고 의미 있는 조합을 찾아야 합니다. 마이크로로봇 물 정화 시스템은 탐구할 가치가 있는 독특한 장점을 제공합니다.
이러한 노력을 지속 가능한 에너지와 결합하고 오염을 줄이는 것이 성공의 열쇠입니다. 함께, 이 다각적인 접근 방식은 오염을 되돌리는 데 필요한 것이 될 수 있습니다. 현재 연구원들은 해결책을 찾기 위해 밤낮으로 노력하고 있습니다.

깨끗한 바다는 모두에게 이롭다

나노 규모에서 오염과 싸우기 위해 마이크로봇을 활용하는 것은 여러 이유에서 타당합니다. 우선, 이들은 작업을 수행하기에 적절한 크기입니다. 이러한 미세 단위는 스웜으로 작동할 때 큰 효과를 발휘하며, AI, 블록체인, IoT와 같은 다른 기술과 결합될 때 결과는 전 세계적으로 쉽게 추적될 수 있습니다. 이러한 이유와 더불어, 이 프로젝트는 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

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