Enjambres de robots en miniatura limpian microplásticos y microbios simultáneamente (video)

Cuando los viejos envases de alimentos, los juguetes de niños desechados y otros residuos de plástico mal gestionados se descomponen y convierten en microplásticos, se vuelven aún más difíciles de limpiar de los océanos y las vías fluviales. Estos pequeños trozos de plástico también atraen bacterias, incluidas las que causan enfermedades. En un estudio de ACS Nano, los investigadores describen enjambres de robots a microescala (microrobots) que capturaron trozos de plástico y bacterias del agua. Después, los robots se descontaminaron y reutilizaron. Vea en un video cómo trabajan en conjunto. 

El tamaño de los microplásticos, que miden 5 milímetros o menos, le añade otra dimensión al problema de la contaminación por plásticos porque los animales pueden comerlos. Estos plásticos pueden dañarlos o pueden pasar las partículas a la cadena alimentaria que termina con los seres humanos. Hasta ahora, no se conocen del todo los efectos en la salud de las personas. Sin embargo, los microplásticos en sí mismos no son la única preocupación. Estas piezas atraen bacterias, incluidos patógenos, que también pueden ingerirse. Para eliminar los microbios y el plástico del agua simultáneamente, Martin Pumera y sus colegas recurrieron a sistemas robóticos a microescala compuestos por muchos componentes pequeños que trabajan en conjunto, igual que los enjambres naturales, como las escuelas de peces.  

Para construir los robots, el equipo conectó hebras de un polímero con carga positiva con micropartículas magnéticas que solo se mueven cuando se exponen a un campo magnético. Las hebras de polímero, que se irradian desde la superficie de las perlas, atraen tanto plásticos como microbios. Los productos terminados, es decir, los robots individuales, midieron 2,8 micrómetros de diámetro. Cuando se expusieron a un campo magnético rotatorio, los robots se agruparon. Al ajustar la cantidad de robots que se autoorganizaban en grupos planos, los investigadores descubrieron que podían alterar el movimiento y la velocidad del enjambre.  

En experimentos de laboratorio, el equipo replicó microplásticos y bacterias en el ambiente al agregar a un tanque de agua perlas de poliestireno fluorescentes (de 1 micrómetro de ancho) y bacterias de Pseudomonas aeruginosa que nadan activamente y que pueden causar neumonía y otras infecciones. A continuación, los investigadores añadieron microrobots al tanque y los expusieron a un campo magnético giratorio que encendían y apagaban cada 10 segundos durante 30 minutos. Un robot con una concentración de 7,5 miligramos por mililitro, el más denso de cuatro concentraciones analizadas, capturó aproximadamente el 80 % de las bacterias. Mientras tanto, en esta misma concentración, la cantidad de perlas de plástico libre también descendía gradualmente a medida que los microrobots las atraían. Luego, los investigadores recogieron los robots con un imán permanente y utilizaron ultrasonidos para desprender las bacterias que se aferraban a ellos. A continuación, expusieron los microbios eliminados a la radiación ultravioleta para completar la desinfección. Cuando se reutilizan, los robots descontaminados aún recogen plástico y microbios, aunque en cantidades más pequeñas. Los investigadores señalan que este sistema microrobótico ofrece un enfoque prometedor para eliminar plástico y bacterias del agua. 

Los autores agradecen la financiación del proyecto del Fondo Europeo de Desarrollo Regional/Fondo Social Europeo TECHSCALE, el programa REFRESH de la Unión Europea y CzechNanoLab. 

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