마이크로봇을 사용하여 바다를 깨끗하게 유지

연구자들은 전 세계 수로를 더 깨끗하게 유지하는 효과적인 방법을 알아냈습니다. 공부 이번 주 ACS Nano에 게재된 논문은 마이크로봇이 수생 환경에서 플라스틱 오염을 어떻게 줄일 수 있는지 설명합니다. 이 자기 구동 장치는 시장에 지속 가능하고 재사용 가능한 옵션을 제공합니다. 연구자들이 소형 로봇을 사용하여 오염을 퇴치하려는 방법에 대한 모든 것을 소개합니다.

미세플라스틱이 문제를 일으킨다

미세플라스틱은 전 세계적으로 큰 문제입니다. 이 작은 입자는 시간이 지나면서 플라스틱 제품이 분해되면서 형성됩니다. 미세플라스틱의 크기는 -5 마이크로미터로 수중 환경에서 수집하기가 매우 어렵습니다. 안타깝게도 이 작은 플라스틱 입자는 그대로 두면 생태학적, 건강상 위험을 초래할 수 있습니다.

먹이 사슬

미세 플라스틱과 관련된 주요 문제 중 하나는 물고기와 기타 해양 생물이 미세 플라스틱을 섭취한다는 것입니다. 이러한 입자가 먹히면 먹이사슬에 미세플라스틱이 유입됩니다. 안타깝게도 주기는 끝나지 않습니다. 미세플라스틱은 사람이 섭취한 후에도 다시 환경으로 되돌아갑니다.

대변 ​​샘플을 통해 미세 플라스틱이 환경을 너무 심하게 오염시켜 이제는 우리 몸의 일부가 되었다는 사실이 확인되었습니다. 공부 한 사람이 매년 평균 50개의 플라스틱 입자를 섭취한다는 사실을 발견했습니다. 오늘날 이러한 유해한 입자는 생활의 거의 모든 측면에서 발견될 수 있으므로 감소 시스템을 마련하는 것이 무엇보다 중요합니다.

박테리아

미세플라스틱은 뇌 발달에 해롭고 다른 질병을 유발합니다. 이 작은 플라스틱 입자는 조류와 박테리아로부터 문제가 되는 성장을 유도합니다. 이 종은 장기간 섭취하거나 흡입할 경우 병원균을 생성하고 질병을 유발합니다. 특히, 연구에 따르면 호흡기 질환과 심혈관 질환은 공기, 토양, 물의 미세플라스틱과 연관되어 있습니다. 따라서 환경 및 건강에 미치는 영향을 줄이려는 강한 요구가 있습니다.

마이크로봇

마이크로봇은 전기, 화학적 또는 자기력을 사용하여 활성화할 수 있는 하나의 움직이는 구성 요소를 포함하는 작은 기계입니다. 의료부터 안전, 보안까지 이 작은 로봇에는 다양한 응용 분야가 있습니다. 이 경우, 연구자들은 전류를 기반으로 제어할 수 있는 자기적으로 구동되고 제어되는 떼를 만들려고 했습니다.

출처 - ACS나노

그들이 만든 것은 2.8마이크로미터 크기의 자기 제어 마이크로봇이었습니다. 마이크로봇의 몸체에는 양전하를 띤 자성 입자가 있는 고분자 봉쇄체 가닥이 뻗어 있습니다. 이 구조 덕분에 팔과 로봇을 자석으로 모으고 제어할 수 있습니다. 구체적으로, 연구진은 카르복실기를 함유하는 리간드인 폴리(N-[3-(디메틸아미노)프로필]메타크릴아미드)로 기능화된 아민 변형 다이나비즈를 활용했습니다.

Swarms 성능 향상

이러한 로봇은 크기가 너무 작아 대부분의 작업을 혼자 수행하는 데 비효율적입니다. 그러나 이러한 시스템은 군집을 활용하여 복잡한 작업을 효과적으로 수행합니다. 자연과 마찬가지로 군집은 효율성을 높이고 단일 장애 지점으로 인해 필요한 작업이 완료되지 못하는 일이 없도록 합니다. 따라서 마이크로봇은 인간이 자연을 모방하는 또 다른 예입니다.

이 경우 자기장이 가해지면 자기 가닥이 조직될 수 있습니다. 일단 결합되면 자기장은 하나의 응집력 있는 단위로서 떼의 움직임을 조정하는 데 사용될 수 있습니다. 이 움직임은 추가 폐기물을 남기지 않고 미세 플라스틱과 박테리아를 수집하는 데 효과적입니다.

실험 및 테스트

연구원들은 효율성과 신뢰성을 측정하기 위해 물 청소 작업에서 자기 제어식 고분자 마이크로 로봇 떼를 테스트하기 시작했습니다. 그들은 회전하는 평면으로 자체 조직될 때 이 작은 기계가 최소한의 전력 요구 사항으로 물에서 상당한 양의 오염 물질을 제거한다는 것을 발견했습니다.

그들의 테스트는 인위적으로 오염된 환경을 만드는 것으로 시작되었습니다. 연구원들은 테스트 물에 작은 1마이크로미터 너비의 형광 폴리스티렌 비드를 도입하여 이 작업을 수행했습니다. 그런 다음 연구자들은 방정식에 박테리아를 도입했습니다. 그들은 Pseudomonas aeruginosa라고 불리는 일반적인 폐렴을 일으키는 박테리아를 사용하여 실제 사례가 사용되도록 했습니다.

마이크로봇 추가

마이크로봇을 테스트 환경에 추가하고 그룹에 자기장을 적용했습니다. 특히, 자기장은 30분 동안 계속 회전하였다. 게다가 10초마다 꺼졌습니다. 현장에서는 마이크로봇이 밀리미터당 7.5밀리그램의 농도로 집중되어 청소 작업에 이상적인 것으로 입증되었습니다.

마이크로봇 떼 제어하기

연구원들은 자기 증강을 통해 장치에 대한 상당한 제어권을 얻었음을 발견했습니다. 그들은 떼의 방향, 속도, 크기, 두께를 조정했습니다. 또한 그들은 추진이나 분류와 같은 특정 작업을 강화하는 대형을 조정할 수 있었습니다.

결과 정리

빽빽한 떼는 첫 실행에서 박테리아와 미세플라스틱 오염물질의 80%를 포착했습니다. 특히, 수집된 오염 물질은 물에서 추출된 후에도 마이크로봇에 부착된 채로 남아 있었습니다. 그런 다음 마이크로봇이 포함된 장치에 있는 미세 플라스틱과 박테리아를 안전하게 방출할 수 있는 용액으로 초음파를 마이크로봇에 적용했습니다.

오염 제거 과정에는 자외선 처리를 받기 전에 박테리아를 죽이기 위한 초음파 욕조가 포함되었습니다. 이러한 단계를 통해 로봇에서 박테리아의 99%가 제거되어 다시 안전하게 재사용할 수 있게 되었습니다. 이 청소 방식은 결과가 약간 저하되면서 봇을 재사용할 수 있음을 의미합니다.

연구원

이 프로젝트의 연구팀은 Martin Pumera가 이끌었습니다. 전략의 일환으로 팀은 제작, 동작 분석 및 적용의 새로운 방법을 만들어야 했습니다. 그들의 연구는 그들의 논문을 입증했으며 미래에 더 복잡한 프로세스와 기능을 위한 문을 열었습니다.

잠재적 사용 사례

일관된 결과를 제공하는 재사용 가능한 물 여과 시스템에 대한 수요가 높습니다. 깨끗한 물에 접근하고, 여과하고, 전달하는 것은 삶의 중요한 측면이 되었습니다. 다음은 향후 마이크로로봇 여과 시스템에 대한 몇 가지 잠재적인 사용 사례 시나리오입니다.

물 처리

작은 기계는 물 시스템을 청소하는 데 이상적입니다. 최소한의 노력으로 도입하고 쉽게 수집할 수 있습니다. 특히 현재의 정수 시스템은 필요한 성능이 부족하고 지속 불가능한 기계적 또는 화학적 시스템에 의존하고 있습니다. 예리하게, 마이크로봇은 잔여물을 남기지 않아 더 나은 선택이 됩니다.

해양 정리

계속해서 팽창하는 바다 한가운데에는 수 마일 너비의 떠다니는 쓰레기 섬이 존재합니다. 이 끔찍한 생태학적 상황은 플라스틱 폐기물로 인해 발생한 많은 상황 중 하나입니다. 이러한 지역에서 발생하는 미세 플라스틱은 계속해서 환경에 해를 끼치고 결과적으로 건강상의 위험을 초래합니다.

출처 – AP:J. 레이버스

마이크로로봇 청소 솔루션은 이러한 위험 지역에 도입되어 사람의 개입 없이 청소 과정을 시작할 수 있습니다. 또한 이러한 시스템은 미래의 요구 사항을 충족하도록 확장할 수 있으며 플라스틱을 먹는 미생물과 같은 다른 기술과 결합하여 폐기물을 수집한 후 제거할 수 있습니다.

의료

마이크로봇은 저렴한 약물과 기타 생명을 구하는 시스템을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 단기적으로 이러한 장치는 필요할 때 깨끗한 물 솔루션을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 봇은 곧 병원에서 보편화될 수 있으며, 더 높은 품질의 결과를 보장하기 위한 추가 여과 시스템으로 사용될 수 있습니다.

또한 이 기술을 활용하여 가정용 정수 시장을 주도하는 스타트업이 유입될 수도 있습니다. 수질은 세계적인 관심사이며, 이 기술은 가장 깨끗한 솔루션 중 하나를 제공합니다.

건설 및 제조

자기 제어 로봇은 미래에 더 강한 건물과 제품을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 이러한 장치는 자기력이 가해질 때 차량 패널이 사전 설정된 상태로 돌아가는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 언젠가는 제트기, 로켓, 보트, 자동차, 심지어는 고층 빌딩의 긴장이 심한 부분을 함께 묶는 데 사용될 수 있습니다.

마이크로봇 사용의 이점

마이크로봇은 방정식에 많은 이점을 제공합니다. 우선, 쉽게 제조, 배포, 관리 및 수집할 수 있습니다. 이러한 장치에는 센서가 통합되어 오염 방지 노력을 상당히 강화하는 데 사용할 수 있는 귀중한 데이터를 제공할 수도 있습니다.

재사용 가능한 마이크로봇

이 연구의 가장 큰 혁신 중 하나는 봇을 재사용하는 능력입니다. 각 주기마다 약간의 성능 손실이 있습니다. 그러나 이는 떼 행동이 보상하는 데 도움이 되는 작은 성능 손실입니다. 또한, 낮은 운영 비용은 언젠가 누구나 산업 전반에 걸쳐 효율성을 향상시키는 대규모 떼를 만들 수 있음을 의미합니다.

제어 릴리스

이 개발의 또 다른 큰 이점은 독소의 제어 방출을 가능하게 한다는 것입니다. 화학 잔류물을 남기지 않고 수생 환경을 정화하고 유해 물질을 걸러내는 방법을 고안하는 것은 매우 어려운 일이었습니다. 이 방법은 화학 물질을 배제하여 훨씬 더 안전하고 지속 가능하게 만듭니다.

자기 에너지

이 작은 로봇을 조직하고 작동하기 위해 자기 에너지를 사용하면 방정식에 또 다른 이점이 추가됩니다. 자기 상호 작용에는 봇에 배터리가 필요하지 않습니다. 따라서 엔지니어들은 크기, 무게 및 기타 요소를 줄였습니다.

이러한 발전으로 이익을 얻을 수 있는 회사

많은 산업 분야에서 물 청소 마이크로봇의 혜택을 누릴 수 있습니다. 환경에는 미세플라스틱 제거 솔루션이 필요합니다. 또한 의료 및 정화 서비스는 이 기술을 활용하여 서비스를 개선할 수 있습니다. 앞으로 이러한 발전을 통해 이익을 얻을 수 있는 잠재력을 가진 몇몇 회사는 다음과 같습니다.

은행나무 바이오웍스 홀딩스, Inc.

(DNA )

Ginkgo Bioworks Inc.는 유기 솔루션을 전문으로 하는 생명공학 회사입니다. 이 회사는 비용을 절감하고 효율성을 향상시키는 유용한 산업 생명공학 서비스를 제공합니다. 특히 이 회사는 5명의 MIT 졸업생이 창업했으며 현재 제이슨 켈리(Jason Kelly)가 CEO로 등재되어 있습니다. 오늘날 Ginkgo Bioworks Holdings는 시장에서 눈에 띄는 이름입니다.

징코 바이오웍스는 상당한 성장을 이루었습니다. 2022년에는 바이엘의 바이오로직스 연구개발(Biologics Research & Development) 시설을 인수하고 전략적 파트너십을 시작했습니다. 지난 한 해 동안 회사 주가는 시장의 다른 종목들과 마찬가지로 소폭 하락했습니다. 하지만 징코 바이오웍스 홀딩스의 시장 포지셔닝과 선진적인 독점 솔루션은 어떤 포트폴리오에도 강력한 투자처가 될 것입니다.

Imina 기술 SA

이미나 테크놀로지스는 로봇 플랫폼 전문 기업입니다. 이 연구 및 제조 회사는 마이크로 및 나노 단위의 상호작용을 지원하는 다양한 제품을 보유하고 있습니다. 대표 제품인 미봇(miBot)은 시중에 출시된 제품 중 세계에서 가장 컴팩트한 4자유도 로봇입니다.

로봇의 자유로운 디자인은 미세한 표면을 자유롭게 스캔하는 데 이상적입니다. 로봇은 변화하는 환경에 자연스럽게 적응할 수 있습니다. 또한 자기 렌즈를 사용하여 여러 응용 분야에 사용할 수 있는 고해상도 이미지를 생성합니다. 이 봇은 언젠가 마이크로로봇 진행 상황 등을 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다.

마이크로봇의 미래

AI와 기타 기술이 점점 더 많은 역할을 하고 혁신을 주도하면서 마이크로 로봇 공학의 미래는 밝아 보입니다. 미래에는 나노와 마이크로 로봇이 일상생활의 일부가 될 것입니다. 이 작은 작업자는 안전 검사, 수리, 유지 관리 등과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.

나노기술이 부상하고 있으며 자체 전원 공급 장치의 도입으로 새로운 사용 사례의 문이 열렸습니다. 오늘날에는 정전기나 기타 쉽게 사용할 수 있는 옵션을 이용해 스스로 전원을 끄는 미니 로봇이 있습니다. 이러한 개발로 인해 마이크로봇을 사용하여 새롭고 유리한 위치에서 박테리아와 싸우는 것이 가능해졌습니다. 이처럼 마이크로로봇 분야는 주목할만한 분야이다.

마이크로봇은 생명을 구할 수 있습니다

이러한 개발은 향후 몇 년 동안 바다 안팎에서 수백만 명의 생명을 구할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 오염에 대한 해결책은 간단한 대응이 아닙니다. 대신, 세상은 사용 가능한 모든 옵션을 살펴보고 합리적인 옵션을 결합해야 합니다. 마이크로로봇 정수 시스템은 탐구할 가치가 있는 독특한 이점을 제공합니다.

이러한 노력을 지속 가능한 에너지와 결합하고 오염을 줄이는 것이 성공의 열쇠입니다. 이러한 다각적인 접근 방식은 오염에 대한 시간을 되돌리는 데 필요한 것일 수 있습니다. 현재 연구자들은 해결책을 찾기 위해 밤낮으로 일하고 있습니다.

더 깨끗한 바다는 모두에게 더 좋습니다

마이크로봇을 사용하여 나노 규모의 오염에 대처하는 것은 여러 가지 이유로 의미가 있습니다. 우선, 작업을 완료하기에 적합한 크기입니다. 이러한 미세한 단위는 떼로 작업할 때 많은 일을 할 수 있으며, AI, 블록체인, IoT와 같은 다른 기술과 결합하면 결과를 전 세계에서 쉽게 추적할 수 있습니다. 이러한 이유 외에도 이 프로젝트에는 많은 잠재력이 있습니다.

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