Usare i Microbot per mantenere pulito l'oceano

I ricercatori hanno scoperto un modo efficace per mantenere più puliti i corsi d'acqua del mondo. studio Un articolo pubblicato questa settimana su ACS Nano spiega come i microbot potrebbero ridurre l'inquinamento da plastica negli ambienti acquatici. Questi dispositivi alimentati magneticamente offrono al mercato un'opzione sostenibile e riutilizzabile. Ecco tutto quello che c'è da sapere su come i ricercatori intendono utilizzare i piccoli robot per combattere l'inquinamento.

Le microplastiche causano problemi

Le microplastiche rappresentano un grave problema per il mondo. Queste minuscole particelle si formano nel tempo quando i prodotti di plastica si rompono. Le microplastiche misurano -5 micrometri, il che le rende molto difficili da raccogliere dagli ambienti acquatici. Purtroppo, queste minuscole particelle di plastica comportano rischi ecologici e sanitari se non vengono trattate.

Catene alimentari

Uno dei problemi principali delle microplastiche è che vengono consumate dai pesci e da altri organismi marini. Queste particelle vengono mangiate, introducendo microplastiche nella catena alimentare. Purtroppo, il ciclo non finisce; anche dopo che le microplastiche sono arrivate al consumo umano, ritornano nell’ambiente.

I campioni di feci hanno confermato che le microplastiche hanno inquinato l'ambiente a tal punto che ora fanno parte del tuo corpo. studio ha scoperto che una persona media mangia 50 particelle di plastica all’anno. Oggi, queste particelle nocive possono essere trovate in quasi ogni aspetto della vita, rendendo fondamentale l’implementazione di sistemi di riduzione.

batteri

Le microplastiche sono dannose per lo sviluppo del cervello e causano altre malattie. Queste minuscole particelle di plastica attirano la crescita problematica di alghe e batteri. Queste specie creano agenti patogeni e causano malattie se consumate o inalate per periodi prolungati. Nello specifico, gli studi hanno collegato le malattie respiratorie e cardiovascolari alle microplastiche presenti nell’aria, nel suolo e nell’acqua. Pertanto, esiste una forte richiesta di ridurre il loro impatto ambientale e sanitario.

Microbot

I microbot sono minuscole macchine che spesso contengono un componente mobile che può essere attivato utilizzando forze elettriche, chimiche o magnetiche. Esistono molte applicazioni per questi minuscoli robot, dall'assistenza sanitaria alla sicurezza. In questo caso, i ricercatori hanno cercato di creare uno sciame alimentato e controllato magneticamente che potesse essere controllato in base alla corrente.

Fonte – ACS NANO

La loro creazione è stata un microbot di 2.8 micrometri, controllato magneticamente. Dai corpi del microbot si estendono filamenti polimerici sequestranti con particelle magnetiche caricate positivamente. Questa struttura consente di raggruppare e controllare braccia e robot tramite magneti. Nello specifico, i ricercatori hanno sfruttato Dynabeads modificati con ammina funzionalizzati con il legante contenente carbossile poli(N-[3-(dimetilammino)propil]metacrilammide).

Gli sciami migliorano le prestazioni

Le dimensioni ridotte di questi robot li rendono inefficaci nel completare la maggior parte dei compiti da soli. Tuttavia, questi sistemi sfruttano gli sciami per svolgere efficacemente compiti complessi. Come la natura, gli sciami creano efficienza e garantiscono che un singolo punto di errore non impedisca il completamento dei compiti necessari. Pertanto, i microbot sono un altro esempio di come l'uomo imita la natura.

In questo caso, i fili magnetici possono organizzarsi quando viene applicato un campo magnetico. Una volta combinato, il campo magnetico può essere utilizzato per coordinare i movimenti dello sciame come un'unità coesa. Questo movimento può funzionare per raccogliere microplastiche e batteri senza lasciare ulteriori rifiuti.

Esperimenti e test

I ricercatori hanno iniziato a testare i loro sciami di microrobot polimerici controllati magneticamente in attività di pulizia dell’acqua per valutarne l’efficacia e l’affidabilità. Hanno scoperto che quando si auto-organizzavano in piani rotanti, queste minuscole macchine rimuovevano una quantità significativa di sostanze inquinanti dall’acqua con requisiti energetici minimi.

I test sono iniziati creando un ambiente inquinato artificialmente. I ricercatori hanno portato a termine questo compito introducendo nell’acqua di prova minuscole perle di polistirene fluorescente larghe 1 micrometro. Quindi, i ricercatori hanno introdotto i batteri nell’equazione. Hanno utilizzato il comune batterio che causa la polmonite chiamato Pseudomonas aeruginosa, assicurandosi che fosse utilizzato un esempio reale.

Aggiunta dei Microbot

I microbot sono stati aggiunti all’ambiente di test e al gruppo è stato applicato un campo magnetico. In particolare, il campo magnetico è stato mantenuto in rotazione per 30 minuti. Inoltre, veniva spento ogni 10 secondi. Il campo ha fatto sì che i microbot si concentrassero a una concentrazione di 7.5 milligrammi per millimetro, che si è rivelata ideale per le attività di pulizia.

Controllare lo sciame di microbot

I ricercatori hanno scoperto di aver ottenuto un controllo significativo sui dispositivi attraverso potenziamenti magnetici. Hanno modificato la direzione, la velocità, le dimensioni e lo spessore dello sciame. Inoltre, erano in grado di coordinare formazioni che miglioravano compiti specifici come la propulsione o lo smistamento.

Pulisci i risultati

Il denso sciame ha catturato l’80% dei batteri e degli inquinanti microplastici nel primo passaggio. In particolare, gli inquinanti raccolti sono rimasti attaccati ai microbot dopo la loro estrazione dall’acqua. Le onde ultrasoniche sono state quindi applicate ai microbot in una soluzione che ha permesso loro di rilasciare in sicurezza le microplastiche e i batteri in un’unità contenuta.

Il processo di decontaminazione prevedeva un bagno ad ultrasuoni per uccidere i batteri prima di sottoporsi ai trattamenti ultravioletti. Insieme, questi passaggi hanno eliminato il 99% dei batteri dai robot, rendendoli nuovamente sicuri per il riutilizzo. In sostanza, questo reggimento di pulizia significa che i robot sono riutilizzabili con solo un leggero degrado dei risultati.

Ricercatori

Il gruppo di ricerca dietro questo progetto era guidato da Martin Pumera. Come parte della strategia, il team ha dovuto creare nuovi metodi di fabbricazione, analisi del movimento e applicazione. La loro ricerca ha dimostrato la loro tesi e ha aperto la porta a processi e funzionalità più complessi in futuro.

Casi di potenziale utilizzo

Esiste una forte domanda di sistemi di filtrazione dell’acqua riutilizzabili che forniscano risultati costanti. Accedere, filtrare e fornire acqua pulita è diventato un aspetto vitale della vita. Ecco alcuni potenziali scenari di casi d'uso futuri per i sistemi di filtrazione dei microrobot.

Trattamento delle acque

Le piccole macchine sono ideali per pulire i sistemi idrici. Possono essere introdotti con il minimo sforzo e raccolti facilmente. In particolare, gli attuali sistemi di purificazione dell’acqua non hanno le prestazioni necessarie e si basano su sistemi meccanici o chimici insostenibili. Fondamentalmente, i microbot non lasciano residui, il che li rende un'opzione migliore.

Ocean Cleanup

Nel mezzo dell’oceano esiste un’isola di rifiuti galleggianti larga chilometri che continua ad espandersi. Questa orribile situazione ecologica è una delle tante causate dai rifiuti di plastica. Le microplastiche provenienti da questi luoghi continuano a danneggiare l’ambiente, il che a sua volta comporta rischi per la salute.

Fonte – AP:J. Lavers

Soluzioni di pulizia microrobotica potrebbero essere introdotte in queste aree pericolose e avviare il processo di pulizia senza intervento umano. Inoltre, questi sistemi possono essere scalati per soddisfare le esigenze future e combinarsi con altre tecnologie come i microbi mangiatori di plastica che eliminano i rifiuti dopo che sono stati raccolti.

Settore Sanitario

I microbot potrebbero aiutare a creare farmaci a basso costo e altri sistemi salvavita. Nel breve termine, questi dispositivi potrebbero contribuire a fornire soluzioni di acqua pulita quando necessario. Questi robot potrebbero presto diventare comuni negli ospedali, dove potrebbero essere utilizzati come sistema di filtraggio aggiuntivo per garantire risultati di qualità superiore.

Potrebbe esserci anche un afflusso di startup che sfruttano questa tecnologia per guidare i mercati della purificazione dell’acqua domestica. La qualità dell’acqua è una preoccupazione globale e questa tecnologia offre una delle soluzioni più pulite disponibili.

Costruzione e produzione

In futuro i robot controllati magneticamente potrebbero essere utilizzati per creare edifici e prodotti più resistenti. Ad esempio, questi dispositivi possono aiutare il pannello del veicolo a tornare a uno stato preimpostato quando viene applicata la forza magnetica. In quanto tali, un giorno potrebbero essere utilizzati per tenere insieme le aree ad alta tensione su jet, razzi, barche, automobili e persino grattacieli.

Vantaggi dell'utilizzo dei Microbot

I microbot apportano molti vantaggi all’equazione. Innanzitutto, possono essere facilmente prodotti, distribuiti, gestiti e raccolti. Questi dispositivi possono anche integrare sensori, che aiutano a fornire dati preziosi che possono essere utilizzati per migliorare considerevolmente gli sforzi anti-inquinamento.

Microbot riutilizzabili

Una delle più grandi scoperte di questa ricerca è la capacità di riutilizzare i robot. C'è una leggera perdita di prestazioni ad ogni ciclo. Si tratta tuttavia di una piccola perdita di prestazioni che il comportamento dello sciame aiuta a compensare. Inoltre, i bassi costi operativi significano che chiunque potrebbe un giorno creare enormi sciami in grado di migliorare l’efficienza in tutti i settori.

Rilascio di controllo

Un altro enorme vantaggio di questo sviluppo è la possibilità di effettuare un rilascio controllato delle tossine. È stato notoriamente difficile ideare modi per ripulire gli ambienti acquatici e filtrare materiali pericolosi senza lasciare residui chimici. Questo metodo elimina le sostanze chimiche dall'equazione, rendendolo molto più sicuro e sostenibile.

Energia magnetica

L’uso dell’energia magnetica per organizzare e far funzionare questi minuscoli robot aggiunge un ulteriore livello di vantaggi all’equazione. Le interazioni magnetiche non richiedono che i robot abbiano batterie. Pertanto, gli ingegneri hanno ridotto le dimensioni, il peso e altri fattori.

Aziende che potrebbero trarre vantaggio da questi sviluppi

Molte industrie potrebbero trarre vantaggio dai microbot per la pulizia dell’acqua. L’ambiente ha bisogno di soluzioni per la rimozione della microplastica. Inoltre, i servizi sanitari e di depurazione potrebbero sfruttare questa tecnologia per migliorare le loro offerte. Ecco alcune aziende con il potenziale per trarre vantaggio da questi progressi in futuro.

Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

(DNA )

Ginkgo Bioworks Inc. è un'azienda biotecnologica specializzata in soluzioni organiche. L'azienda offre utili servizi biotecnologici industriali che riducono i costi e migliorano l'efficienza. In particolare, la società è stata creata da 5 laureati del MIT e attualmente elenca Jason Kelly come CEO. Oggi Ginkgo Bioworks Holdings è un nome di spicco sul mercato.

Ginkgo Bioworks ha registrato una crescita considerevole. Nel 2022, ha acquisito il sito di Ricerca e Sviluppo Biologico di Bayer e ha avviato una partnership strategica. Le azioni dell'azienda hanno registrato un leggero calo di valore nell'ultimo anno, seguendo il resto del mercato. Tuttavia, il posizionamento di mercato di Ginkgo Bioworks Holdings e le sue soluzioni proprietarie avanzate la rendono un'aggiunta valida a qualsiasi portafoglio.

Imina Technologies SA

Imina Technologies è specializzata in piattaforme robotiche. L'azienda di ricerca e produzione offre numerosi prodotti che consentono interazioni su scala micro e nanometrica. Il suo prodotto di punta, il miBot, è il robot a 4 gradi di libertà più compatto al mondo disponibile in commercio.

Il design senza vincoli del robot lo rende ideale per la scansione libera di superfici microscopiche. Il robot può adattarsi naturalmente a un ambiente in evoluzione. Inoltre, utilizza lenti magnetiche per produrre immagini ad alta risoluzione che possono essere utilizzate in più applicazioni. Questo bot potrebbe un giorno essere utilizzato per monitorare i progressi dei microrobot e altro ancora.

Il futuro dei Microbot

Il futuro della microrobotica sembra luminoso, con l’intelligenza artificiale e altre tecnologie che svolgono un ruolo sempre più importante e guidano l’innovazione. In futuro la nano e la micro-robotica diventeranno parte della vita di tutti i giorni. Questi piccoli lavoratori potrebbero svolgere compiti come scansioni di sicurezza, riparazioni, manutenzione e altro ancora.

La nanotecnologia è in aumento e l’introduzione di dispositivi autoalimentati ha aperto la porta a nuovi casi d’uso. Oggi esistono mini robot che si alimentano grazie all'elettricità statica o ad altre opzioni facilmente disponibili. Questi sviluppi rendono possibile l’uso dei microbot per aiutare a combattere i batteri in luoghi nuovi e vantaggiosi. In quanto tale, il campo della microrobotica è uno da tenere d’occhio.

I microbot possono salvare vite umane

Questo sviluppo ha il potenziale per salvare milioni di vite dentro e fuori l’oceano nei prossimi anni. La soluzione all’inquinamento non è una risposta semplice. Invece, il mondo deve esaminare tutte le opzioni disponibili e combinare quelle che hanno senso. I sistemi microrobotici di purificazione dell’acqua offrono vantaggi unici che li rendono degni di essere esplorati.

Combinare questi sforzi con l’energia sostenibile e ridurre l’inquinamento è la chiave del successo. Insieme, questo approccio multiforme potrebbe essere ciò che serve per riportare indietro l’orologio sull’inquinamento. Per ora, i ricercatori stanno lavorando 24 ore su 24 alla ricerca di soluzioni.

Un oceano più pulito è meglio per tutti

Usare i microbot per combattere l’inquinamento su scala nanometrica ha senso per molteplici ragioni. Per prima cosa, sono adeguatamente dimensionati per portare a termine il lavoro. Queste unità microscopiche possono fare molto quando lavorano in sciami e, se abbinate ad altre tecnologie, come l’intelligenza artificiale, la blockchain e l’IoT, i risultati diventano facilmente tracciabili in tutto il mondo. Per questi motivi e molti altri, questo progetto ha un grande potenziale.

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