Använda mikrobotar för att hålla havet rent

Forskare har kommit fram till ett effektivt sätt att hålla världens vattendrag renare. studera publicerad i ACS Nano denna vecka förklarar hur mikrorobotar kan minska plastföroreningar i vattenmiljöer. Dessa magnetdrivna enheter erbjuder ett hållbart och återanvändbart alternativ på marknaden. Här är allt du behöver veta om hur forskare vill använda små robotar för att bekämpa föroreningar.

Mikroplaster orsakar problem

Mikroplaster är ett stort problem för världen. Dessa små partiklar bildas med tiden när plastprodukter bryts ner. Mikroplaster mäter -5 mikrometer i storlek, vilket gör dem mycket svåra att samla in från vattenmiljöer. Tyvärr utgör dessa små plastpartiklar ekologiska och hälsorisker när de lämnas orörda.

Näringskedjor

Ett stort problem med mikroplaster är att de konsumeras av fisk och annat havsliv. Dessa partiklar äts upp, vilket introducerar mikroplaster i näringskedjan. Tyvärr slutar inte cykeln; även efter att mikroplasterna kommit till mänsklig konsumtion tar de sig tillbaka till miljön.

Avföringsprover har bekräftat att mikroplaster har förorenat miljön så mycket att de nu är en del av din kropp. studera fann att en genomsnittlig person äter 50K plastpartiklar årligen. Idag kan dessa skadliga partiklar hittas i nästan alla aspekter av livet, vilket gör det ytterst viktigt att reduktionssystem sätts på plats.

Bakterier

Mikroplaster är skadliga för hjärnans utveckling och orsakar andra sjukdomar. Dessa små plastpartiklar lockar till sig problematisk tillväxt från alger och bakterier. Dessa arter skapar patogener och orsakar sjukdomar om de konsumeras eller andas in under längre perioder. Specifikt har studier kopplat respiratoriska och hjärt-kärlsjukdomar till mikroplast i luft, mark och vatten. Som sådan finns det en stark efterfrågan på att minska deras miljö- och hälsopåverkan.

Mikrobotar

Mikrobotar är små maskiner som ofta innehåller en rörlig komponent som kan aktiveras med hjälp av elektriska, kemiska eller magnetiska krafter. Det finns många tillämpningar för dessa små robotar från sjukvård till säkerhet och säkerhet. I det här fallet försökte forskarna skapa en magnetiskt driven och kontrollerad svärm som kunde styras baserat på ström.

Källa – ACS NANO

Deras skapelse var en 2.8-mikrometer stor, magnetiskt styrd mikrobot. Från mikrobotens kroppar sträcker sig polymera sekvestrerande strängar med positivt laddade magnetiska partiklar. Denna struktur gör det möjligt att samla och styra armarna och robotarna via magneter. Mer specifikt använde forskarna aminmodifierade Dynabeads funktionaliserade med den karboxylinnehållande liganden poly(N-[3-(dimetylamino)propyl]metakrylamid).

Svärmar förbättrar prestanda

Dessa robotars lilla storlek gör dem ineffektiva på att slutföra de flesta uppgifter ensamma. Dessa system utnyttjar dock svärmar för att effektivt utföra komplexa uppgifter. Liksom naturen skapar svärmar effektivitet och säkerställer att en enda felpunkt inte hindrar nödvändiga uppgifter från att slutföras. Som sådana är mikrobotar ytterligare ett exempel på människan som härmar naturen.

I det här fallet kan magnetsträngarna organisera sig när ett magnetfält appliceras. När det väl har kombinerats kan magnetfältet användas för att koordinera rörelser för svärmen som en sammanhängande enhet. Denna rörelse kan arbeta för att samla in mikroplast och bakterier utan att lämna ytterligare avfall.

Experiment och testning

Forskarna började testa sina magnetiskt kontrollerade polymera mikrorobotsvärmar i vattenrensningsuppgifter för att mäta deras effektivitet och tillförlitlighet. De fann att när de var självorganiserade i roterande plan, avlägsnade dessa små maskiner en betydande mängd föroreningar från vattnet med minimalt strömbehov.

Deras testning började med att skapa en artificiellt förorenad miljö. Forskarna åstadkom denna uppgift genom att introducera små 1 mikrometer breda fluorescerande polystyrenpärlor i testvattnet. Sedan introducerade forskarna bakterier i ekvationen. De använde de vanliga lunginflammationsorsakande bakterierna som kallas Pseudomonas aeruginosa, vilket säkerställer att ett verkligt exempel användes.

Lägger till mikrobotar

Mikrobotarna lades till i testmiljön och ett magnetfält applicerades på gruppen. Noterbart hölls magnetfältet roterande i 30 minuter. Dessutom stängdes den av var tionde sekund. Fältet fick mikrobotarna att koncentrera sig till en koncentration på 10 milligram per millimeter, vilket visade sig vara idealiskt för saneringsuppgifter.

Styra Microbots Swarm

Forskarna fann att de fick betydande kontroll över enheterna genom magnetiska förstärkningar. De justerade svärmens riktning, hastighet, storlek och tjocklek. Dessutom kunde de koordinera formationer som förbättrade specifika uppgifter som framdrivning eller sortering.

Rensningsresultat

Den täta svärmen fångade 80 % av bakterierna och mikroplastföroreningarna vid sin första körning. Noterbart är att de insamlade föroreningarna förblev fästa vid mikrobotarna efter att de togs ut ur vattnet. Ultraljudsvågor applicerades sedan på mikrobotarna i en lösning som gjorde att de kunde frigöra mikroplasten och bakterierna i en innesluten enhet på ett säkert sätt.

Dekontamineringsprocessen inkluderade ett ultraljudsbad för att döda bakterier innan de genomgick ultravioletta behandlingar. Tillsammans eliminerade dessa steg 99 % av bakterierna från robotarna, vilket gjorde dem säkra igen för återanvändning. Det här städregementet innebär verkligen att robotarna är återanvändbara med endast en liten försämring av resultatet.

Forskare

Forskargruppen bakom detta projekt leddes av Martin Pumera. Som en del av sin strategi var teamet tvunget att skapa nya metoder för tillverkning, rörelseanalys och tillämpning. Deras forskning bevisade deras tes och öppnade dörren för mer komplexa processer och funktioner i framtiden.

Fall med potentiell användning

Det finns en stor efterfrågan på återanvändbara vattenfiltreringssystem som ger konsekventa resultat. Att få tillgång till, filtrera och leverera rent vatten har blivit en viktig aspekt av livet. Här är några potentiella användningsscenarier för mikrorobotfiltreringssystem i framtiden.

Vattenbehandling

Små maskiner är idealiska för att städa upp vattensystem. De kan introduceras med minimal ansträngning och samlas in enkelt. Anmärkningsvärt är att de nuvarande vattenreningssystemen saknar nödvändig prestanda och är beroende av ohållbara mekaniska eller kemiska system. Mikrobotar lämnar inte rester, vilket gör dem till ett bättre alternativ.

Ocean Cleanup

En milsvid ö av flytande skräp finns mitt i havet som fortsätter att expandera. Denna hemska ekologiska situation är en av många som plastavfall har orsakat. Mikroplaster från dessa platser fortsätter att skada miljön, vilket i sin tur leder till hälsorisker.

Källa – AP:J. Lavers

Mikrorobotiska rengöringslösningar skulle kunna introduceras i dessa farliga områden och påbörja saneringsprocessen utan mänsklig inblandning. Dessutom kan dessa system skalas för att möta framtida behov och kombineras med andra teknologier som plastätande mikrober som eliminerar avfallet efter att det har samlats in.

Sjukvård

Mikrobotar kan hjälpa till att skapa billiga läkemedel och andra livräddande system. På kort sikt kan dessa enheter hjälpa till att tillhandahålla rent vattenlösningar när det behövs. Dessa bots kan bli vanliga på sjukhus inom kort, där de kan användas som ett extra filtreringssystem för att säkerställa resultat av högre kvalitet.

Det kan också finnas ett tillflöde av nystartade företag som utnyttjar denna teknik för att driva marknaderna för vattenrening i hemmet. Vattenkvalitet är ett globalt bekymmer, och denna teknik erbjuder en av de renaste lösningarna som finns.

Konstruktion och tillverkning

Magnetstyrda robotar skulle kunna användas för att skapa starkare byggnader och produkter i framtiden. Till exempel kan dessa enheter hjälpa en fordonspanel att återgå till ett förinställt tillstånd när magnetisk kraft appliceras. Som sådana skulle de en dag kunna användas för att hålla ihop högspänningsområden på jetplan, raketer, båtar, bilar och till och med skyskrapor.

Fördelar med att använda mikrobotar

Mikrobotar ger ekvationen många fördelar. För det första kan de enkelt tillverkas, distribueras, hanteras och samlas in. Dessa enheter kan också integrera sensorer, som hjälper till att tillhandahålla värdefull data som kan användas för att avsevärt förbättra arbetet mot föroreningar.

Återanvändbara mikrobotar

Ett av de största genombrotten i denna forskning är möjligheten att återanvända bots. Det finns en liten prestandaförlust på varje cykel. Detta är dock en liten prestationsförlust som svärmbeteende hjälper till att kompensera. Dessutom innebär de låga driftskostnaderna att vem som helst en dag kan skapa massiva svärmar som förbättrar effektiviteten inom olika branscher.

Kontrollfrigöring

En annan stor fördel med denna utveckling är möjligheten att genomföra en kontrollerad frisättning av gifterna. Det har varit notoriskt svårt att hitta sätt att rena vattenmiljöer och filtrera farligt material utan att lämna kemiska rester. Denna metod eliminerar kemikalier från ekvationen, vilket gör den mycket säkrare och mer hållbar.

Magnetisk energi

Användningen av magnetisk energi för att organisera och driva dessa små robotar lägger till ytterligare ett lager av fördelar till ekvationen. Magnetiska interaktioner kräver inte att robotarna har batterier. Som sådan reducerade ingenjörerna storlek, vikt och andra faktorer.

Företag som kan dra nytta av denna utveckling

Många industrier skulle kunna dra nytta av vattenrenande mikrobotar. Miljön behöver lösningar för borttagning av mikroplast. Dessutom kan hälso- och sjukvårds- och reningstjänster utnyttja denna teknik för att förbättra sina erbjudanden. Här är några företag med potential att dra nytta av dessa framsteg i framtiden.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

(DNA )

Ginkgo Bioworks Inc. är ett bioteknikföretag som är specialiserat på organiska lösningar. Företaget erbjuder användbara industriella biotekniktjänster som minskar kostnaderna och förbättrar effektiviteten. Noterbart är att företaget skapades av 5 MIT-utexaminerade och listar för närvarande Jason Kelly som VD. Idag är Ginkgo Bioworks Holdings ett framstående namn på marknaden.

Ginkgo Bioworks har haft en betydande tillväxt. År 2022 förvärvade de Bayers forsknings- och utvecklingsanläggning för biologiska läkemedel och inledde ett strategiskt partnerskap. Företagets aktier har minskat något i värde under det senaste året, i linje med resten av marknaden. Ginkgo Bioworks Holdings marknadspositionering och avancerade egenutvecklade lösningar gör det dock till ett starkt tillskott till alla portföljer.

Imina Technologies SA

Imina Technologies specialiserar sig på robotplattformar. Forsknings- och tillverkningsföretaget har flera produkter som möjliggör interaktioner på mikro- och nanoskala. Deras främsta produkt, miBot, är världens mest kompakta 4-frihetsgradersrobot som finns kommersiellt tillgänglig.

Robotens obundna design gör den idealisk för att skanna mikroskopiska ytor fritt. Roboten kan naturligt anpassa sig till en föränderlig miljö. Dessutom använder den magnetiska linser för att producera högupplösta bilder som kan användas i flera applikationer. Denna bot skulle en dag kunna användas för att övervaka mikrorobotens framsteg och mer.

Framtiden för mikrobotar

Framtiden för mikrorobotik ser ljus ut, med AI och andra tekniker som spelar en allt större roll och driver innovation. I framtiden kommer nano- och mikrorobotik att bli en del av vardagen. Dessa små arbetare kunde utföra uppgifter som säkerhetsskanningar, reparation, underhåll och mer.

Nanotech är på frammarsch och introduktionen av självförsörjande enheter har öppnat dörren för nya användningsfall. Det finns minirobotar som driver sig själva från statisk elektricitet eller andra lättillgängliga alternativ idag. Denna utveckling gör det möjligt att använda mikrobotar för att hjälpa till att bekämpa bakterier på nya och fördelaktiga platser. Som sådan är mikrorobotfältet ett att titta på.

Mikrobotar kan rädda liv

Denna utveckling har potential att rädda miljontals liv i och ut ur havet under de kommande åren. Lösningen på föroreningar är inte en enkel reaktion. Istället måste världen titta på alla tillgängliga alternativ och kombinera de som är vettiga. Mikrorobotiska vattenreningssystem erbjuder unika fördelar som gör dem värda att utforska.

Att kombinera dessa ansträngningar med hållbar energi och minska föroreningar är nyckeln till framgång. Tillsammans kan detta mångfacetterade tillvägagångssätt vara vad som behövs för att vrida tillbaka klockan på föroreningar. Just nu arbetar forskare dygnet runt med att hitta lösningar.

Ett renare hav är bättre för alla

Att använda mikrobotar för att bekämpa föroreningar i nanoskala är vettigt av flera skäl. För det första är de rätt dimensionerade för att få jobbet gjort. Dessa mikroskopiska enheter kan göra mycket när de arbetar i svärmar, och när de kombineras med annan teknik, som AI, blockchain och IoT, blir resultaten lätt spårbara över hela världen. Av dessa skäl och många fler har detta projekt massor av potential.

Lär dig om andra coola miljöprojekt här.