Naukowcy zaprojektowali maleńkiego robota przypominającego rybę, który zaprogramowany został do usuwania mikroplastiku z mórz i oceanów. Robot pływa wokół i absorbuje szkodliwe substancje na swoim miękkim, elastycznym i samoregenerującym się ciele.
Mikroplastik to miliardy maleńkich cząsteczek, które odrywają się od większych przedmiotów z tworzyw sztucznych używanych na co dzień, takich jak butelki, opony samochodowe i syntetyczne koszulki. Stanowią one jeden z największych problemów ekologicznych XXI wieku, ponieważ po przedostaniu się do środowiska bardzo trudno się ich pozbyć. Mikroplastik trafia do wody pitnej, produktów i żywności, szkodząc środowisku oraz zdrowiu ludzi i zwierząt – przypominają naukowcy.
- Opracowanie robota do zbierania próbek szkodliwych mikroplastikowych zanieczyszczeń ze środowiska wodnego ma ogromne znaczenie - tłumaczy Yuyan Wang, pracowniczka naukowa Instytutu Badań nad Polimerami Uniwersytetu Syczuańskiego i jedna z głównych autorów pracy. - Według naszej najlepszej wiedzy, jest to pierwszy przykład takich „miękkich” robotów – dodaje.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Nano Letters” (DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01375).
Naukowcy z Uniwersytetu Syczuańskiego znaleźli innowacyjne rozwiązanie służące wyszukiwaniu zanieczyszczeń mikroplastikiem w wodzie. W efekcie zaprojektowali maleńką samobieżną robo-rybę, która może pływać, zaczepiać się o swobodnie pływające mikroplastiki i naprawiać się, jeśli zostanie uszkodzona podczas wyprawy.
Robo-ryba ma zaledwie 13 mm długości, a dzięki zastosowaniu systemu laserów świetlnych w ogonie pływa i wykonuje ruchy z prędkością prawie 30 mm na sekundę. Jest to prędkość podobna do tej, z jaką plankton dryfuje w wodzie.
Naukowcy inspirowali się materiałami, które znajdują się w morzu. Chodzi m.in. o masę perłową, która pokrywa wewnętrzną część muszli małży. Zespół stworzył materiał podobny do masy perłowej, nakładając na siebie różne mikroskopijne arkusze cząsteczek zgodnie ze specyficznym gradientem chemicznym.
Dzięki temu udało im się stworzyć robo-rybę, która jest rozciągliwa, elastyczna, podatna na skręcanie, a nawet zdolna do udźwignięcia ciężaru do 5 kg - wynika z badań. Co najważniejsze, bioniczna ryba może adsorbować pływające w pobliżu kawałki mikroplastiku, ponieważ barwniki, antybiotyki i metale ciężkie zawarte w mikroplastiku mają silne wiązania chemiczne i oddziałują elektrostatycznie z materiałem ryby. To sprawia, że przywierają one do jej powierzchni, dzięki czemu ryba może zbierać i usuwać mikroplastik z wody. - Po zebraniu przez robota mikroplastiku z wody, naukowcy mogą dalej analizować jego skład i toksyczność - mówi Wang.
Wang specjalizuje się w opracowywaniu samoregenerujących się materiałów. Badaczka uważa, że nowo stworzony materiał wydaje się mieć również zdolność regeneracji. Ryba-robot może więc uleczyć się nawet do 89 proc. swoich możliwości i kontynuować absorpcję nawet w przypadku uszkodzenia. Może się to często zdarzać, w sytuacji gdy będzie „polować” na zanieczyszczenia we wzburzonych wodach.
Wang podkreśla, że potrzebne są dalsze badania, które pozwolą na zastosowanie technologii w prawdziwym świecie. Obecny model robota działa tylko na powierzchni wody, więc zespół będzie wkrótce pracował nad bardziej złożonymi funkcjonalnie robo-rybami, które będą mogły schodzić głębiej pod wodę. Naukowcy wierzą, że ta bioniczna konstrukcja może stać się punktem wyjścia dla innych podobnych projektów. - Myślę, że nanotechnologia jest bardzo obiecująca, jeśli chodzi o zbieranie i wykrywanie zanieczyszczeń, poprawę wydajności operacji przy jednoczesnym obniżeniu kosztów operacyjnych - twierdzi Wang.
Nanotechnologia może być kluczem w walce z mikroplastikami – uważa Philip Demokritou, dyrektor Centrum Badań Nanonauki i Zaawansowanych Materiałów na Uniwersytecie Rutgersa, który nie był zaangażowany w to badanie.
Demokritou również koncentruje się na wykorzystaniu nanotechnologii do pozbycia się mikroplastików z naszej planety. Jednak zamiast je usuwać, pracuje nad ich zastąpieniem. W tym tygodniu, w czasopiśmie „Nature Food”, ogłosił on wynalezienie nowej powłoki w sprayu na bazie roślin, która może służyć jako przyjazna dla środowiska alternatywa dla plastikowych opakowań na żywność (więcej na ten temat w tekście: Powłoka w sprayu alternatywą dla plastikowych opakowań żywności?). Studium wykazało, że błonnik w sprayu na bazie skrobi może zwalczać patogeny i chronić przed uszkodzeniami podczas transportu równie dobrze, jeśli nie lepiej, niż obecne plastikowe opakowania.
- Motto przemysłu chemicznego przez ostatnie 40-50 lat brzmi: produkujmy chemikalia, produkujmy materiały, wypuszczajmy je na rynek, a następnie sprzątajmy bałagan po 20-30 latach - mówi Demokritou. - To nie jest zrównoważony model. Czy możemy więc syntetyzować bezpieczniejsze materiały konstrukcyjne? Czy możemy pozyskiwać materiały z odpadów żywnościowych w ramach gospodarki cyrkulacyjnej i przekształcać je w użyteczne materiały, które możemy wykorzystać do rozwiązania tego problemu? - pyta badacz.
Na powyższe pytania odpowiedzią może być właśnie wykorzystanie nanotechnologii. W miarę jak badania nad materiałami będą coraz lepsze, będzie można zastosować wielostronne podejście polegające na zastąpieniu plastiku w naszym codziennym życiu i odfiltrowaniu jego pozostałości w postaci mikroplastiku ze środowiska.
Źródło: American Chemical Society The Guardian, fot. Nano Letters 2022