Uso de microrobots para mantener limpio el océano

Los investigadores han descubierto una forma eficaz de mantener más limpias las vías fluviales del mundo. A Estudio Publicado en ACS Nano esta semana explica cómo los microrobots podrían reducir la contaminación plástica en ambientes acuáticos. Estos dispositivos magnéticos ofrecen al mercado una opción sostenible y reutilizable. Aquí encontrará todo lo que necesita saber sobre cómo los investigadores quieren utilizar pequeños robots para combatir la contaminación.

Los microplásticos causan problemas

Los microplásticos son un problema importante para el mundo. Estas pequeñas partículas se forman con el tiempo a medida que los productos plásticos se descomponen. Los microplásticos miden -5 micrómetros de tamaño, lo que los hace muy difíciles de recolectar en ambientes acuáticos. Lamentablemente, estas pequeñas partículas de plástico plantean riesgos ecológicos y para la salud si no se tocan.

Cadenas de comida

Un problema importante con los microplásticos es que son consumidos por los peces y otras formas de vida marina. Estas partículas se comen, lo que introduce microplásticos en la cadena alimentaria. Lamentablemente, el ciclo no termina; Incluso después de que los microplásticos llegan al consumo humano, regresan al medio ambiente.

Las muestras de heces han confirmado que los microplásticos han contaminado tanto el medio ambiente que ahora forman parte del cuerpo. Uno Estudio descubrió que una persona promedio ingiere 50 partículas de plástico al año. Hoy en día, estas partículas dañinas se pueden encontrar en casi todos los aspectos de la vida, por lo que es fundamental implementar sistemas de reducción.

Bacteria

Los microplásticos son perjudiciales para el desarrollo del cerebro y provocan otras enfermedades. Estas pequeñas partículas de plástico atraen el crecimiento problemático de algas y bacterias. Estas especies crean patógenos y causan enfermedades si se consumen o inhalan durante períodos prolongados. Específicamente, los estudios han relacionado las enfermedades respiratorias y cardiovasculares con los microplásticos en el aire, el suelo y el agua. Como tal, existe una fuerte demanda para reducir su impacto ambiental y de salud.

microbots

Los microrobots son máquinas diminutas que a menudo contienen un componente móvil que puede activarse mediante fuerzas eléctricas, químicas o magnéticas. Hay muchas aplicaciones para estos pequeños robots, desde atención médica hasta seguridad. En este caso, los investigadores buscaron crear un enjambre controlado y accionado magnéticamente que pudiera controlarse en función de la corriente.

Fuente – ACS NANO

Su creación fue un microrobot controlado magnéticamente de 2.8 micrómetros. Desde los cuerpos del microrobot se extienden hebras secuestrantes poliméricas con partículas magnéticas cargadas positivamente. Esta estructura permite reunir y controlar los brazos y los robots mediante imanes. Específicamente, los investigadores aprovecharon Dynabeads modificadas con aminas funcionalizadas con el ligando que contiene carboxilo poli (N-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida).'

Los enjambres mejoran el rendimiento

El pequeño tamaño de estos robots los hace ineficaces para completar la mayoría de las tareas por sí solos. Sin embargo, estos sistemas aprovechan los enjambres para realizar tareas complejas de manera efectiva. Al igual que la naturaleza, los enjambres crean eficiencia y garantizan que un único punto de falla no impida que se completen las tareas necesarias. Como tal, los microrobots son otro ejemplo de cómo el hombre imita a la naturaleza.

En este caso, las hebras magnéticas pueden organizarse cuando se aplica un campo magnético. Una vez combinado, el campo magnético se puede utilizar para coordinar los movimientos del enjambre como una unidad cohesiva. Este movimiento puede funcionar para recolectar microplásticos y bacterias sin dejar residuos adicionales.

Experimentos y pruebas

Los investigadores comenzaron a probar sus enjambres de microrobots poliméricos controlados magnéticamente en tareas de limpieza de agua para medir su efectividad y confiabilidad. Descubrieron que, cuando se autoorganizaban en planos giratorios, estas pequeñas máquinas eliminaban una cantidad significativa de contaminantes del agua con requisitos mínimos de energía.

Sus pruebas comenzaron creando un ambiente contaminado artificialmente. Los investigadores lograron esta tarea introduciendo pequeñas perlas de poliestireno fluorescente de 1 micrómetro de ancho en el agua de prueba. Luego, los investigadores introdujeron bacterias en la ecuación. Utilizaron la bacteria común que causa neumonía llamada Pseudomonas aeruginosa, lo que garantizó que se utilizara un ejemplo del mundo real.

Agregar los microbots

Los microrobots se agregaron al entorno de prueba y se aplicó un campo magnético al grupo. En particular, el campo magnético se mantuvo girando durante 30 minutos. Además, se apagaba cada 10 segundos. El campo hizo que los microrobots se concentraran en una concentración de 7.5 miligramos por milímetro, lo que resultó ideal para las tareas de limpieza.

Controlando el enjambre de microbots

Los investigadores descubrieron que obtuvieron un control significativo sobre los dispositivos mediante aumentos magnéticos. Ajustaron la dirección, la velocidad, el tamaño y el grosor del enjambre. Además, pudieron coordinar formaciones que mejoraron tareas específicas como la propulsión o la clasificación.

Resultados de limpieza

El denso enjambre capturó el 80% de las bacterias y los contaminantes microplásticos en su primera ejecución. En particular, los contaminantes recolectados permanecieron adheridos a los microrobots luego de su extracción del agua. Luego se aplicaron ondas ultrasónicas a los microrobots en una solución que les permitió liberar los microplásticos y las bacterias en una unidad contenida de forma segura.

El proceso de descontaminación incluyó un baño ultrasónico para matar bacterias antes de someterse a tratamientos ultravioleta. En conjunto, estos pasos eliminaron el 99% de las bacterias de los robots, haciéndolos nuevamente seguros para su reutilización. Es evidente que este régimen de limpieza significa que los robots son reutilizables con solo una ligera degradación en los resultados.

Investigadores

El equipo de investigación detrás de este proyecto estuvo dirigido por Martín Pumera. Como parte de su estrategia, el equipo tuvo que crear nuevos métodos de fabricación, análisis de movimiento y aplicación. Su investigación demostró su tesis y abrió la puerta a procesos y funcionalidades más complejos en el futuro.

Posibles casos de uso

Existe una fuerte demanda de sistemas de filtración de agua reutilizables que proporcionen resultados consistentes. Acceder, filtrar y distribuir agua potable se ha convertido en un aspecto vital de la vida. A continuación se presentan algunos escenarios de posibles casos de uso para sistemas de filtración con microrobots en el futuro.

Tratamiento de agua

Las máquinas pequeñas son ideales para limpiar sistemas de agua. Se pueden introducir con el mínimo esfuerzo y recoger fácilmente. En particular, los sistemas actuales de purificación de agua carecen del rendimiento necesario y dependen de sistemas mecánicos o químicos insostenibles. Es evidente que los microrobots no dejan residuos, lo que los convierte en una mejor opción.

Limpieza del océano

Existe una isla de basura flotante de kilómetros de ancho en medio del océano que continúa expandiéndose. Esta horrible situación ecológica es una de las muchas que han provocado los residuos plásticos. Los microplásticos de estos lugares continúan dañando el medio ambiente, lo que a su vez genera riesgos para la salud.

Fuente – AP:J. Lavers

Se podrían introducir soluciones de limpieza microrobóticas en estas áreas peligrosas y comenzar el proceso de limpieza sin intervención humana. Además, estos sistemas pueden ampliarse para satisfacer necesidades futuras y combinarse con otras tecnologías, como microbios que comen plástico y eliminan los desechos una vez recolectados.

Asequible

Los microrobots podrían ayudar a crear medicamentos de bajo costo y otros sistemas que salvan vidas. A corto plazo, estos dispositivos podrían ayudar a proporcionar soluciones de agua limpia cuando sea necesario. Estos robots podrían convertirse en poco tiempo en algo habitual en los hospitales, donde podrían utilizarse como sistema de filtración adicional para garantizar resultados de mayor calidad.

También podría haber una afluencia de nuevas empresas que aprovechen esta tecnología para impulsar los mercados de purificación de agua en el hogar. La calidad del agua es una preocupación mundial y esta tecnología ofrece una de las soluciones más limpias disponibles.

Construcción y Fabricación

En el futuro, se podrían utilizar robots controlados magnéticamente para crear edificios y productos más resistentes. Por ejemplo, estos dispositivos pueden ayudar a que el panel de un vehículo vuelva a un estado preestablecido cuando se aplica fuerza magnética. Como tales, algún día podrían usarse para mantener unidas áreas de alta tensión en aviones, cohetes, barcos, automóviles e incluso rascacielos.

Beneficios de usar microbots

Los microrobots aportan muchos beneficios a la ecuación. Por un lado, se pueden fabricar, implementar, gestionar y recopilar fácilmente. Estos dispositivos también pueden integrar sensores, que ayudan a proporcionar datos valiosos que pueden utilizarse para mejorar considerablemente los esfuerzos contra la contaminación.

Microrobots reutilizables

Uno de los mayores avances de esta investigación es la capacidad de reutilizar los bots. Hay una ligera pérdida de rendimiento en cada ciclo. Sin embargo, se trata de una pequeña pérdida de rendimiento que el comportamiento de enjambre ayuda a compensar. Además, los bajos costos operativos significan que cualquiera podría algún día crear enjambres masivos que mejoren la eficiencia en todas las industrias.

Liberación de control

Otro gran beneficio de este desarrollo es la capacidad de realizar una liberación controlada de toxinas. Ha sido notoriamente difícil idear formas de limpiar ambientes acuáticos y filtrar materiales peligrosos sin dejar residuos químicos. Este método elimina los productos químicos de la ecuación, lo que lo hace mucho más seguro y sostenible.

Energía magnética

El uso de energía magnética para organizar y operar estos pequeños robots añade otra capa de beneficios a la ecuación. Las interacciones magnéticas no requieren que los robots tengan baterías. Como tal, los ingenieros redujeron el tamaño, el peso y otros factores.

Empresas que podrían beneficiarse de estos desarrollos

Muchas industrias podrían beneficiarse de los microrobots limpiadores de agua. El medio ambiente necesita soluciones de eliminación de microplásticos. Además, los servicios de salud y purificación podrían aprovechar esta tecnología para mejorar sus ofertas. A continuación se muestran algunas empresas con potencial para beneficiarse de estos avances en el futuro.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc. (ADN + 1.05%)

Ginkgo Bioworks Inc. es una empresa de biotecnología que se especializa en soluciones orgánicas. La empresa ofrece útiles servicios de biotecnología industrial que reducen los costos y mejoran la eficiencia. En particular, la empresa fue creada por cinco graduados del MIT y actualmente incluye a Jason Kelly como director ejecutivo. Hoy en día, Ginkgo Bioworks Holdings es un nombre destacado en el mercado.

Ginkgo Bioworks ha experimentado un crecimiento considerable. En 2022, adquirió el sitio de Investigación y Desarrollo de Biológicos de Bayer e inició una asociación estratégica. Las acciones de la compañía han experimentado una ligera caída de valor durante el último año después del resto del mercado. Sin embargo, el posicionamiento de mercado y las soluciones patentadas avanzadas de Ginkgo Bioworks Holdings lo convierten en una sólida incorporación a cualquier cartera.

Imina Technologies SA

Imina Technologies se especializa en plataformas robóticas. La empresa de investigación y fabricación tiene múltiples productos que permiten interacciones a micro y nanoescala. Su principal producto, el miBot, es el robot de 4 grados de libertad más compacto del mundo disponible comercialmente.

El diseño sin ataduras del robot lo hace ideal para escanear superficies microscópicas libremente. El robot puede adaptarse naturalmente a un entorno cambiante. Además, utiliza lentes magnéticos para producir imágenes de alta resolución que se pueden utilizar en múltiples aplicaciones. Este robot algún día podría usarse para monitorear el progreso del microrobot y más.

El futuro de los microrobots

El futuro de la microrobótica parece brillante, con la IA y otras tecnologías desempeñando un papel cada vez más importante e impulsando la innovación. En el futuro, la nano y la microrobótica pasarán a formar parte de la vida cotidiana. Estos pequeños trabajadores podrían realizar tareas como escaneos de seguridad, reparación, mantenimiento y más.

La nanotecnología va en aumento y la introducción de dispositivos autoalimentados ha abierto la puerta a nuevos casos de uso. Hay mini robots que se alimentan solos de electricidad estática u otras opciones disponibles en la actualidad. Estos desarrollos permiten utilizar microrobots para ayudar a combatir las bacterias en ubicaciones nuevas y ventajosas. Como tal, el campo de la microrobótica es algo que hay que observar.

Los microrobots pueden salvar vidas

Este avance tiene el potencial de salvar millones de vidas dentro y fuera del océano en los próximos años. La solución a la contaminación no es una respuesta sencilla. En cambio, el mundo necesita analizar todas las opciones disponibles y combinar las que tengan sentido. Los sistemas microrobóticos de purificación de agua ofrecen beneficios únicos que hacen que valga la pena explorarlos.

Combinar estos esfuerzos con energía sostenible y reducir la contaminación es la clave del éxito. En conjunto, este enfoque multifacético podría ser lo que se necesita para hacer retroceder el tiempo en materia de contaminación. Por ahora, los investigadores trabajan día y noche buscando soluciones.

Un océano más limpio es mejor para todos

El uso de microrobots para combatir la contaminación a nanoescala tiene sentido por múltiples razones. Por un lado, tienen el tamaño adecuado para realizar el trabajo. Estas unidades microscópicas pueden hacer mucho cuando trabajan en enjambres y, cuando se combinan con otras tecnologías, como IA, blockchain e IoT, los resultados se pueden rastrear fácilmente en todo el mundo. Por estas razones y muchas más, este proyecto tiene mucho potencial.

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