Usando Microbots para Manter o Oceano Limpo

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

Microplásticos Causam Problemas

Os microplásticos são um grande problema para o mundo. Essas pequenas partículas se formam ao longo do tempo à medida que produtos plásticos se degradam. Os microplásticos medem -5 micrômetros de tamanho, tornando-os muito difíceis de coletar em ambientes aquáticos. Infelizmente, essas pequenas partículas plásticas apresentam riscos ecológicos e à saúde quando deixadas intocadas.

Cadeias Alimentares

Um grande problema dos microplásticos é que eles são consumidos por peixes e outras formas de vida marinha. Essas partículas são ingeridas, introduzindo microplásticos na cadeia alimentar. Infelizmente, o ciclo não termina; mesmo após os microplásticos chegarem ao consumo humano, eles retornam ao ambiente.
Amostras de fezes confirmaram que os microplásticos poluíram o ambiente a ponto de agora fazerem parte do seu corpo. Um estudo descobriu que a pessoa média ingere 50 mil partículas plásticas por ano. Hoje, essas partículas nocivas podem ser encontradas em quase todos os aspectos da vida, tornando essencial a implementação de sistemas de redução.

Bactérias

Os microplásticos são prejudiciais ao desenvolvimento cerebral e causam outras doenças. Essas pequenas partículas plásticas atraem crescimento problemático de algas e bactérias. Essas espécies criam patógenos e causam doenças se consumidas ou inaladas por períodos prolongados. Especificamente, estudos associaram doenças respiratórias e cardiovasculares aos microplásticos presentes no ar, solo e água. Assim, há uma forte demanda para reduzir seu impacto ambiental e à saúde.

Microbots

Microbots são máquinas minúsculas que geralmente contêm um componente móvel que pode ser ativado usando forças elétricas, químicas ou magnéticas. Existem muitas aplicações para esses pequenos robôs, desde saúde até segurança. Neste caso, os pesquisadores buscaram criar um enxame alimentado e controlado magneticamente que pudesse ser controlado com base na corrente.

Sua criação foi um microbot de 2,8 micrômetros, controlado magneticamente. Prolongando-se dos corpos dos microbots estão fios sequestrantes poliméricos com partículas magnéticas carregadas positivamente. Essa estrutura permite que os braços e robôs sejam reunidos e controlados via ímãs. Especificamente, os pesquisadores utilizaram Dynabeads modificados com amina, funcionalizados com o ligante contendo carboxila poli (N-[3-(dimetilamino)propil] metacrilamida).‘

Enxames Melhoram o Desempenho

O tamanho diminuto desses bots os torna ineficazes para concluir a maioria das tarefas sozinhos. No entanto, esses sistemas utilizam enxames para realizar tarefas complexas de forma eficaz. Como na natureza, os enxames criam eficiência e garantem que um único ponto de falha não impeça a conclusão das tarefas necessárias. Assim, os microbots são mais um exemplo de como o homem imita a natureza.
Neste caso, os fios magnéticos podem se organizar quando um campo magnético é aplicado. Uma vez combinados, o campo magnético pode ser usado para coordenar os movimentos do enxame como uma unidade coesa. Esse movimento pode coletar microplásticos e bactérias sem deixar resíduos adicionais.

Experimentos e Testes

Os pesquisadores começaram a testar seus enxames de microrrobôs poliméricos controlados magneticamente em tarefas de limpeza de água para avaliar sua eficácia e confiabilidade. Eles descobriram que, quando auto-organizados em planos rotativos, essas pequenas máquinas removeram uma quantidade significativa de poluentes da água com requisitos mínimos de energia.
Os testes começaram criando um ambiente artificialmente poluído. Os pesquisadores realizaram essa tarefa introduzindo pequenas esferas fluorescentes de poliestireno de 1 micrômetro de largura na água de teste. Em seguida, os pesquisadores introduziram bactérias na equação. Eles usaram a bactéria comum causadora de pneumonia chamada Pseudomonas aeruginosa, garantindo um exemplo do mundo real.

Adicionando os Microbots

Os microbots foram adicionados ao ambiente de teste e um campo magnético foi aplicado ao grupo. Notavelmente, o campo magnético foi mantido girando por 30 minutos. Além disso, ele foi desligado a cada 10 segundos. O campo fez com que os microbots se concentrassem em uma concentração de 7,5 miligrama por milímetro, o que se mostrou ideal para tarefas de limpeza.

Controlando o Enxame de Microbots

Os pesquisadores descobriram que ganharam controle significativo sobre os dispositivos por meio de aumentos magnéticos. Eles ajustaram a direção, velocidade, tamanho e espessura do enxame. Além disso, foram capazes de coordenar formações que aprimoraram tarefas específicas, como propulsão ou classificação.

Resultados da Limpeza

O enxame denso capturou 80% das bactérias e dos poluentes microplásticos em sua primeira execução. Notavelmente, os poluentes coletados permaneceram presos aos microbots após sua extração da água. Ondas ultrassônicas foram então aplicadas aos microbots em uma solução que permitiu liberar os microplásticos e bactérias de forma segura em uma unidade contida.
O processo de descontaminação incluiu um banho ultrassônico para matar bactérias antes de passar por tratamentos ultravioleta. Juntos, esses passos eliminaram 99% das bactérias dos robôs, tornando-os seguros novamente para reutilização. Notavelmente, esse regime de limpeza significa que os bots são reutilizáveis com apenas uma leve degradação nos resultados.

Pesquisadores

A equipe de pesquisa por trás deste projeto foi liderada por Martin Pumera. Como parte de sua estratégia, a equipe precisou criar novos métodos de fabricação, análise de movimento e aplicação. Sua pesquisa comprovou sua tese e abriu a porta para processos e funcionalidades mais complexas no futuro.

Casos de Uso Potenciais

Há uma forte demanda por sistemas de filtragem de água reutilizáveis que forneçam resultados consistentes. Acesso, filtragem e entrega de água limpa tornaram-se aspectos vitais da vida. Aqui estão alguns cenários de casos de uso potenciais para sistemas de filtragem de microrrobôs no futuro.

Tratamento de Água

Pequenas máquinas são ideais para limpar sistemas de água. Elas podem ser introduzidas com esforço mínimo e coletadas facilmente. Notavelmente, os atuais sistemas de purificação de água carecem de desempenho necessário e dependem de sistemas mecânicos ou químicos insustentáveis. Notavelmente, os microbots não deixam resíduos, tornando-os uma opção melhor.

Limpeza dos Oceanos

Uma ilha de lixo flutuante que se estende por milhas existe no meio do oceano e continua a se expandir. Essa terrível situação ecológica é uma das muitas causadas pelos resíduos plásticos. Os microplásticos desses locais continuam a prejudicar o ambiente, o que, por sua vez, resulta em riscos à saúde.

Soluções de limpeza microrrobóticas poderiam ser introduzidas nessas áreas perigosas e iniciar o processo de limpeza sem intervenção humana. Além disso, esses sistemas podem escalar para atender às necessidades futuras e combinar com outras tecnologias, como micróbios que comem plástico, que eliminam o lixo após ser coletado.

Saúde

Microbots poderiam ajudar a criar medicamentos de baixo custo e outros sistemas que salvam vidas. A curto prazo, esses dispositivos poderiam ajudar a fornecer soluções de água limpa quando necessário. Esses bots podem se tornar comuns em hospitais em breve, onde poderiam ser usados como um sistema de filtragem adicional para garantir resultados de maior qualidade.
Também pode haver um influxo de startups que aproveitam essa tecnologia para impulsionar os mercados de purificação de água doméstica. A qualidade da água é uma preocupação global, e essa tecnologia oferece uma das soluções mais limpas disponíveis.

Construção e Fabricação

Robôs controlados magneticamente poderiam ser usados para criar edifícios e produtos mais resistentes no futuro. Por exemplo, esses dispositivos podem ajudar um painel de veículo a retornar a um estado pré-definido quando a força magnética é aplicada. Assim, eles poderiam um dia ser usados para manter unidas áreas de alta tensão em jatos, foguetes, barcos, carros e até arranha-céus.

Benefícios de Usar Microbots

Microbots trazem muitos benefícios para a equação. Primeiro, eles podem ser facilmente fabricados, implantados, gerenciados e coletados. Esses dispositivos também podem integrar sensores, que ajudam a fornecer dados valiosos que podem ser usados para melhorar consideravelmente os esforços anti-poluição.

Microbots Reutilizáveis

Um dos maiores avanços desta pesquisa é a capacidade de reutilizar os bots. Há uma pequena perda de desempenho a cada ciclo. No entanto, essa perda mínima é compensada pelo comportamento de enxame. Além disso, os baixos custos operacionais significam que qualquer pessoa poderia, um dia, criar enxames massivos que melhorem a eficiência em diversos setores.

Liberação Controlada

Outro grande benefício deste desenvolvimento é a capacidade de realizar uma liberação controlada das toxinas. Tem sido notoriamente difícil criar maneiras de limpar ambientes aquáticos e filtrar materiais perigosos sem deixar resíduos químicos. Este método elimina os químicos da equação, tornando-o muito mais seguro e sustentável.

Energia Magnética

O uso de energia magnética para organizar e operar esses pequenos robôs adiciona outra camada de benefícios à equação. Interações magnéticas não exigem que os bots possuam baterias. Assim, os engenheiros reduziram o tamanho, peso e outros fatores.

Empresas que Podem se Beneficiar desses Desenvolvimentos

Muitas indústrias poderiam se beneficiar dos microbots de limpeza de água. O meio ambiente necessita de soluções para remoção de microplásticos. Além disso, serviços de saúde e purificação poderiam aproveitar essa tecnologia para melhorar suas ofertas. Aqui estão algumas empresas com potencial para ganhar com esses avanços no futuro.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

DNA Gráfico de preços

A Ginkgo Bioworks (DNA ) Inc. é uma empresa de biotecnologia que se especializa em soluções orgânicas. A empresa oferece serviços industriais de biotecnologia úteis que reduzem custos e melhoram a eficiência. Notavelmente, a companhia foi criada por 5 graduados do MIT e atualmente tem Jason Kelly como CEO. Hoje, a Ginkgo Bioworks Holdings é um nome proeminente no mercado.
A Ginkgo Bioworks tem apresentado crescimento considerável. Em 2022, adquiriu o site de Pesquisa e Desenvolvimento de Biológicos da Bayer e iniciou uma parceria estratégica. As ações da empresa tiveram uma leve queda de valor no último ano, seguindo o resto do mercado. No entanto, o posicionamento de mercado da Ginkgo Bioworks Holdings e suas soluções proprietárias avançadas a tornam uma adição forte a qualquer portfólio.

Imina Technologies S.A.

A Imina Technologies se especializa em plataformas robóticas. A empresa de pesquisa e fabricação possui múltiplos produtos que permitem interações em micro e nanoescala. Seu produto principal, o miBot, é o robô comercialmente disponível mais compacto do mundo com 4 graus de liberdade.
O design sem cabos do robô o torna ideal para escanear superfícies microscópicas livremente. O robô pode adaptar-se naturalmente a um ambiente em mudança. Além disso, utiliza lentes magnéticas para produzir imagens de alta resolução que podem ser usadas em múltiplas aplicações. Este bot poderia, um dia, ser usado para monitorar o progresso de microrobôs e mais.

Futuro dos Microbots

O futuro da micro-robótica parece promissor, com IA e outras tecnologias desempenhando um papel crescente e impulsionando a inovação. No futuro, nano e micro-robótica se tornarão parte do cotidiano. Esses pequenos trabalhadores poderiam realizar tarefas como varreduras de segurança, reparos, manutenção e mais.
A nanotecnologia está em ascensão e a introdução de dispositivos autoalimentados abriu portas para novos casos de uso. Hoje existem mini robôs que se alimentam de eletricidade estática ou outras opções disponíveis. Esses desenvolvimentos tornam possível usar microbots para ajudar a combater bactérias em locais novos e vantajosos. Assim, o campo da micro-robótica é um a ser observado.

Microbots Podem Salvar Vidas

Este desenvolvimento tem o potencial de salvar milhões de vidas dentro e fora do oceano nos próximos anos. A solução para a poluição não é uma resposta simples. Em vez disso, o mundo precisa analisar todas as opções disponíveis e combinar as que fazem sentido. Sistemas de purificação de água microrrobóticos oferecem benefícios únicos que os tornam dignos de exploração.
Combinar esses esforços com energia sustentável e redução da poluição é a chave para o sucesso. Juntos, essa abordagem multifacetada pode ser o que é necessário para reverter a poluição. Por enquanto, os pesquisadores trabalham incansavelmente em busca de soluções.

Um Oceano Mais Limpo é Melhor para Todos

Usar microbots para combater a poluição em escala nanométrica faz sentido por várias razões. Primeiro, eles têm o tamanho adequado para realizar o trabalho. Essas unidades microscópicas podem fazer muito quando trabalham em enxames e, quando combinadas com outras tecnologias, como IA, blockchain e IoT, os resultados tornam-se facilmente rastreáveis em todo o mundo. Por essas e muitas outras razões, este projeto tem muito potencial.

Saiba sobre outros projetos ambientais interessantes aqui