La contaminación por microplásticos es uno de los retos más importantes de la humanidad, debido a que se ha encontrado ese tipo de elementos en todos los hábitats marinos e incluso al interior del cuerpo de animales y de seres humanos.
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Estadísticas citadas en una investigación publicada en Science Direct revelan que alrededor de 51 billones de partículas de microplástico ensucian el mar, lo que equivale aproximadamente a 500 veces más que las estrellas de la galaxia cósmica. Además, estos diminutos trozos de plástico también atraen bacterias, incluidas las que causan enfermedades.
Ante esta situación, investigadores proponen el desarrollo de enjambres de robots a microescala (microrobots) que capturaban trozos de plástico y bacterias del agua. Después, los robots son descontaminados y reutilizados.
De acuerdo con las investigación, el tamaño de los microplásticos, que miden 5 milímetros o menos, añade otra dimensión al problema de la contaminación por plásticos, ya que los animales pueden ingerirlos, pudiendo sufrir daños o pasar las partículas a la cadena alimentaria que termina con los seres humanos. Sin embargo, los microplásticos en sí no son la única preocupación. Estos trozos atraen bacterias, incluidos patógenos, que también pueden ingerirse.
Son “enjambres de microrobots magnéticos con manos poliméricas que atrapan bacterias y microplásticos en el agua”.
— Martin Pumera, autor principal del proyecto del Instituto Centroeuropeo de Tecnología en la Universidad Tecnológica de Brno
Para eliminar simultáneamente microbios y plástico del agua, Martin Pumera, autor principal del proyecto del Instituto Centroeuropeo de Tecnología en la Universidad Tecnológica de Brno, y sus colegas recurrieron a sistemas robóticos a microescala, formados por muchos componentes pequeños que trabajan en colaboración, imitando los enjambres naturales, como los bancos de peces.
Para construir los robots, el equipo unió hebras de un polímero cargado positivamente a micropartículas magnéticas, que sólo se mueven cuando se exponen a un campo magnético. Las hebras de polímero, que irradian desde la superficie de las microesferas, atraen tanto a los plásticos como a los microbios.
“Para capturar microplásticos, los microrobots atraen electrostáticamente las partículas de microplástico, ayudados por su movimiento a través del agua”, explicó a Metro Martina Ussia, primera autora del artículo del Instituto Centroeuropeo de Tecnología en la Universidad Tecnológica de Brno.
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Cuando se exponían a un campo magnético giratorio, los robots se agrupaban. Al ajustar el número de robots que se autoorganizaban en grupos planos, los investigadores descubrieron que podían alterar el movimiento y la velocidad del enjambre.
Después de realizar la limpieza, los investigadores recogieron los robots con un imán permanente y utilizaron ultrasonidos para desprender las bacterias adheridas a ellos. A continuación, expusieron los microbios eliminados a la radiación ultravioleta, completando así la desinfección.
Al reutilizarlos, los robots descontaminados seguían recogiendo plástico y microbios, aunque en menor cantidad. Este sistema microrobótico constituye un método prometedor para eliminar el plástico y las bacterias del agua, señalan los investigadores.
2,8
micrómetros de diámetro miden los robots miniatura
Datos sobre los microplásticos
(Fuente: Adventure Scientists)
Los microplásticos –partículas de plástico de tamaño inferior a cinco milímetros– suponen un riesgo medioambiental importante cuando entran en nuestros cursos de agua.
-Los contaminantes, incluidos los pesticidas y los productos químicos de fabricación, pueden adherirse a las partículas de microplástico y bioacumularse en la vida acuática.
-Se ha demostrado que los microplásticos afectan al comportamiento alimentario y a la capacidad de evitar a los depredadores, y pueden interactuar con otros contaminantes y afectar a la función celular de los peces.
-También son capaces de pasar del tracto digestivo de los organismos al torrente sanguíneo.
-Los microplásticos tienen varias fuentes. Se lavan con la ropa de nailon, se van por el desagüe con muchos cosméticos y dentífricos, y se meteorizan a partir de residuos como botellas y bolsas.
5 preguntas a…
Martina Ussia
Primera autora del artículo del Instituto Centroeuropeo de Tecnología en la Universidad Tecnológica de Brno
P: ¿Cómo surgió la idea de desarrollar robots que capturen trozos de microplásticos y bacterias del agua?
–La idea surgió de la fusión de conocimientos sobre las propiedades magnéticas de los materiales, la síntesis de polímeros y las tecnologías de depuración del agua. La inspiración vino impulsada por el potencial de fusionar estas áreas en una solución novedosa para la contaminación ambiental. Gracias a las avanzadas capacidades y al apoyo científico del profesor Martin Pumera, autor principal del artículo y uno de los mayores expertos en micro/nanorobots, nuestro equipo de investigación pudo conceptualizar, diseñar y lograr este importante avance científico.
P: ¿Cómo funcionan estos robots en miniatura y cómo pueden capturar microplásticos?
–Los microrobots poseen propiedades magnéticas que les permiten ser guiados y controlados mediante un campo magnético giratorio externo. Para capturar microplásticos, los microrobots atraen electrostáticamente las partículas de microplástico, ayudados por su movimiento a través del agua. A medida que se mueven, recogen y agregan estas partículas, que pueden ser recogidas y reutilizadas varias veces.
P: ¿Cómo se construyen estos robots, con qué materiales?
–Los microrobots están diseñados con un núcleo magnético y una superficie recubierta de un polímero cargado positivamente. Este recubrimiento de polímero expone grupos funcionales que mejoran la capacidad de los microrobots para atraer y capturar microplásticos y bacterias. Estos recubrimientos también pueden adaptarse a contaminantes específicos, lo que hace que estos minúsculos robots sean muy versátiles en diferentes condiciones del agua.
P: ¿Cómo funcionan estos robots en miniatura imitando los enjambres naturales?
–Los robots imitan los enjambres naturales utilizando principios observados en grupos de animales, como bancos de peces o bandadas de pájaros. Esta inteligencia de enjambre permite a los robots coordinar sus movimientos y trabajar en colaboración, aumentando su eficacia en la captura de contaminantes. Al comunicarse mediante interacciones locales sencillas y seguir reglas básicas de comportamiento, estos robots pueden adaptarse a distintos entornos, distribuir tareas y cubrir eficazmente zonas más extensas, imitando el comportamiento colectivo observado en la naturaleza.
P: ¿Cuál es el futuro de estos robots en miniatura?
– El futuro de estos robots en miniatura parece prometedor, con posibles avances centrados en mejorar su eficacia, escalabilidad y funcionalidad. Uno de los retos es aumentar su autonomía para que puedan funcionar durante más tiempo sin intervención humana. Además, el aumento de la producción y el despliegue podría hacer que estos robots se utilizaran en diversas aplicaciones, desde el tratamiento de aguas residuales industriales hasta la limpieza de océanos a gran escala, lo que contribuiría significativamente a los esfuerzos de conservación del medio ambiente.
