Wetenschappers onthullen bionische robotvissen om microplastics uit zeeën te verwijderen | Kunststoffen

Wetenschappers hebben een kleine robotvis ontworpen die is geprogrammeerd om microplastics uit zeeën en oceanen te verwijderen door rond te zwemmen en ze te adsorberen op zijn zachte, flexibele, zelfherstellende lichaam.

Microplastics zijn de miljarden kleine plastic deeltjes die fragmenteren van de grotere plastic dingen die elke dag worden gebruikt, zoals waterflessen, autobanden en synthetische T-shirts. Ze vormen een van de grootste milieuproblemen van de 21e eeuw, want als ze eenmaal in het milieu zijn verspreid door de afbraak van grotere kunststoffen, zijn ze heel moeilijk te verwijderen en komen ze terecht in drinkwater, productie en voedsel, wat schadelijk is voor het milieu en de dieren en menselijke gezondheid.

“Het is van groot belang om een ​​robot te ontwikkelen die schadelijke microplastische verontreinigende stoffen uit het aquatisch milieu nauwkeurig kan verzamelen en bemonsteren”, zegt Yuyan Wang, een onderzoeker aan het Polymer Research Institute van de Universiteit van Sichuan en een van de hoofdauteurs van het onderzoek. De nieuwe uitvinding van haar team wordt beschreven in een onderzoekspaper in het tijdschrift Nano Letters. “Voor zover wij weten, is dit het eerste voorbeeld van dergelijke zachte robots.”

Onderzoekers van de Universiteit van Sichuan hebben een innovatieve oplossing onthuld om deze verontreinigende stoffen op te sporen als het gaat om waterverontreiniging: het ontwerpen van een kleine zelfrijdende robo-vis die kan rondzwemmen, zich kan vastklampen aan vrij zwevende microplastics en zichzelf kan repareren als het wordt gesneden of beschadigd tijdens zijn expeditie.

De robo-vis is slechts 13 mm lang en dankzij een licht lasersysteem in zijn staart zwemt en fladdert hij rond met bijna 30 mm per seconde, vergelijkbaar met de snelheid waarmee plankton ronddrijft in bewegend water.

De onderzoekers hebben de robot gemaakt van materialen die zijn geïnspireerd op elementen die in de zee gedijen: parelmoer, ook bekend als parelmoer, de binnenbekleding van schelpen. Het team creëerde een materiaal dat lijkt op paarlemoer door verschillende microscopisch kleine lagen moleculen in lagen aan te brengen volgens de specifieke chemische gradiënt van parelmoer.

Dit maakte ze tot een robo-vis die rekbaar is, flexibel om te draaien en zelfs in staat is om tot 5 kg te trekken, volgens de studie. Het belangrijkste is dat de bionische vis nabijgelegen vrij zwevende stukjes microplastics kan adsorberen, omdat de organische kleurstoffen, antibiotica en zware metalen in de microplastics sterke chemische bindingen en elektrostatische interacties hebben met de materialen van de vis. Daardoor klampen ze zich vast aan het oppervlak, zodat de vissen microplastics kunnen verzamelen en uit het water kunnen verwijderen. “Nadat de robot de microplastics in het water heeft verzameld, kunnen de onderzoekers de samenstelling en fysiologische toxiciteit van de microplastics verder analyseren”, zegt Wang.

Bovendien lijkt het nieuw gecreëerde materiaal ook regeneratieve vermogens te hebben, zei Wang, die gespecialiseerd is in de ontwikkeling van zelfherstellende materialen. Dus de robotvis kan zichzelf genezen tot 89% van zijn vermogen en doorgaan met adsorberen, zelfs als hij enige schade of snijden ondervindt – wat vaak kan gebeuren als hij op jacht gaat naar verontreinigende stoffen in ruw water.

Dit is slechts een proof of concept, merkt Wang op, en er is nog veel meer onderzoek nodig, vooral naar hoe dit in de echte wereld kan worden ingezet. De zachte robot werkt momenteel bijvoorbeeld alleen op wateroppervlakken, dus het team van Wang gaat binnenkort werken aan meer functioneel complexe robo-vissen die dieper onder water kunnen gaan. Toch zou dit bionische ontwerp een lanceerplatform kunnen bieden voor andere soortgelijke projecten, zei Wang. “Ik denk dat nanotechnologie een grote belofte inhoudt voor sporenadsorptie, verzameling en detectie van verontreinigende stoffen, het verbeteren van de interventie-efficiëntie en het verlagen van de bedrijfskosten.”

Nanotechnologie zal inderdaad een van de belangrijkste spelers zijn in de strijd tegen microplastics, zegt Philip Demokritou, de directeur van het Nanoscience and Advanced Materials Research Center van Rutgers University, die niet betrokken was bij dit onderzoek.

Het lab van Demokritou richt zich ook op het gebruik van nanotechnologie om microplastics van de planeet te verwijderen, maar in plaats van ze op te ruimen, werken ze aan vervanging ervan. Deze week kondigde hij in het tijdschrift Nature Food de uitvinding aan van een nieuwe plantaardige spraycoating die kan dienen als een milieuvriendelijk alternatief voor plastic voedselverpakkingen. Hun casestudy toonde aan dat deze vezelspray op zetmeelbasis net zo goed, zo niet beter, ziekteverwekkers kan afweren en bescherming biedt tegen transportschade dan de huidige plastic verpakkingsopties.

“Het motto voor de chemische industrie van de afgelopen 40 tot 50 jaar is: laten we chemicaliën maken, laten we materialen maken, ze daar neerzetten en dan 20 of 30 jaar later de rotzooi opruimen”, zei Demokritou. “Dat is geen duurzaam model. Kunnen we dus veiligere ontwerpmaterialen synthetiseren? Kunnen we als onderdeel van de circulaire economie materialen halen uit voedselverspilling en deze omzetten in bruikbare materialen waarmee we dit probleem kunnen aanpakken?”

Dit is laaghangend fruit op het gebied van nanotechnologie, zei Demokritou, en naarmate het onderzoek naar materialen beter wordt, zal ook de meervoudige benadering van het vervangen van plastic in ons dagelijks leven en het filteren van de microplasticresten uit het milieu toenemen.

“Maar er is een groot verschil tussen een uitvinding en een innovatie,” zei Demokritou. “Uitvinden is iets waar nog niemand over heeft nagedacht. Rechts? Maar innovatie is iets dat het leven van mensen zal veranderen, omdat het commercialiseert en schaalbaar is.”

Leave a Comment