Kleine visvormige robot ‘zwemt’ rond en pikt microplastics op

Een door licht geactiveerde visvormige robot verzamelt microplastics terwijl hij zwemt (schaalbalk is 10 mm). Credit: Aangepast van Nano-letters 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolet.2c01375

Microplastics komen bijna overal op aarde voor en kunnen schadelijk zijn voor dieren als ze worden ingeslikt. Maar het is moeilijk om zulke kleine deeltjes uit de omgeving te verwijderen, vooral als ze zich in hoeken en gaten op de bodem van waterwegen nestelen. Nu, onderzoekers in ACS’ Nano-letters hebben een door licht geactiveerde visrobot gemaakt die snel “zwemt” en microplastics uit de omgeving oppikt en verwijdert.

Omdat microplastics in scheuren en spleten kunnen vallen, waren ze moeilijk te verwijderen uit aquatische omgevingen. Een oplossing die is voorgesteld, is het gebruik van kleine, flexibele en zelfrijdende robots om deze verontreinigende stoffen te bereiken en op te ruimen. Maar de traditionele materialen die voor zachte robots worden gebruikt, zijn hydrogels en elastomeren, en ze kunnen gemakkelijk worden beschadigd in aquatische omgevingen. Een ander materiaal dat parelmoer wordt genoemd, ook wel parelmoer genoemd, is sterk en flexibel en wordt aan de binnenkant van schelpen gevonden. Parelmoerlagen hebben een microscopische gradiënt, gaande van de ene kant met veel calciumcarbonaat mineraal-polymeercomposieten naar de andere kant met meestal een zijde-eiwitvuller. Geïnspireerd door deze natuurlijke substantie, wilden Xinxing Zhang en collega’s een soortgelijk type gradiëntstructuur proberen om een ​​duurzaam en buigzaam materiaal voor zachte robots te creëren.

De onderzoekers linken -cyclodextrine moleculen tot gesulfoneerd grafeen, waardoor composiet nanosheets ontstaan. Vervolgens werden oplossingen van de nanosheets met verschillende concentraties opgenomen in polyurethaanlatexmengsels. Een laag-voor-laag assemblagemethode creëerde een geordende concentratiegradiënt van de nanocomposieten door het materiaal waaruit het team een ​​kleine visrobot vormde die 15 mm (ongeveer een halve inch) lang was. Het snel in- en uitschakelen van een nabij-infraroodlichtlaser bij de staart van een vis zorgde ervoor dat deze fladderde en de robot voortstuwde. De robot kan 2,67 lichaamslengtes per seconde verplaatsen – een snelheid die sneller is dan eerder gemeld voor andere zachtzwemmende robots en dat is ongeveer dezelfde snelheid als actief fytoplankton dat in water beweegt. De onderzoekers toonden aan dat de zwemmende visrobot herhaaldelijk microplastics van polystyreen in de buurt kan adsorberen en naar elders kan transporteren. Het materiaal kan zichzelf ook genezen nadat het is gesneden, terwijl het zijn vermogen om microplastics te adsorberen behoudt.

Vanwege de duurzaamheid en snelheid van de visrobot, zeggen de onderzoekers dat deze kan worden gebruikt voor het monitoren van microplastics en andere verontreinigende stoffen in barre aquatische omgevingen.