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Wissenschaftler stellen bionischen Robo-Fisch vor, der Mikroplastik aus den Meeren entfernen soll
Forscher der Universität Sichuan haben eine innovative Lösung gefunden, um Mikroplastik und die von Plastik verursachten Schadstoffe im Wasser aufzuspüren: Sie haben einen winzigen Robo-Fisch mit Eigenantrieb entwickelt, der umherschwimmen, sich an frei schwimmendem Mikroplastik festhalten und sich selbst reparieren kann, wenn er auf seiner Entdeckungsreise verletzt oder beschädigt wird.
Der Robofisch ist nur 13 mm lang und schwimmt und schlägt dank eines Lichtlasersystems in seinem Schwanz mit einer Geschwindigkeit von fast 30 mm pro Sekunde umher, ähnlich der Geschwindigkeit, mit der Plankton in bewegtem Wasser umhertreibt.
Mikroplastik sind Milliarden von winzigen Plastikteilchen, die sich von größeren Plastikgegenständen z.B. durch Reibung ablösen. Es entsteht aus Produkten die wir täglich benutzen, wie Wasserflaschen, Autoreifen und synthetische T-Shirts. Sie sind eines der größten Umweltprobleme des 21. Jahrhunderts, denn wenn sie erst einmal durch den Zerfall größerer Kunststoffteile in die Umwelt gelangen, lassen sie sich nur sehr schwer wieder entfernen und gelangen so in Trinkwasser, Produkte und Lebensmittel, was der Umwelt sowie der Gesundheit von Mensch und Tier schadet.
"Es ist immens wichtig Hilfsmittel zu erfinden die es uns ermöglichen der immensen Umweltbelastung die unter dem Strich auch die gesamte Lebensmittelkette ‚verseucht‘ zu entgegnen. Wir haben hier einen Roboter entwickelt, der schädliche Mikroplastikverunreinigungen aus der aquatischen Umwelt sammeln und beproben kann", sagte Yuyan Wang, Forscherin am Polymer Research Institute der Universität Sichuan und eine der Hauptautoren der Studie. Die neue Erfindung ihres Teams wird in einem Forschungsbericht in der Zeitschrift Nano Letters beschrieben. "Soweit wir wissen, ist dies das erste Beispiel für solche Typen von Robotern".
Ein Robo-Fisch, der dehnbar und flexibel sowie regenerativ ist
Die Forscher schufen den Roboter aus Materialien, die von natürlichen Elementen inspiriert wurden, die im Meer gedeihen: Perlmutt, die innere Beschichtung von Muschelschalen. Das Material ähnelt Perlmutt, verschiedene mikroskopische Molekülschichten werden entsprechend dem spezifischen chemischen Gradienten des Vorbildes aus der Natur geschichtet. Die Forscher konnten zeigen, dass sich ihr neuartiges Material aus mehreren Graphen- und Kunststoffschichten dazu eignet, um kontrolliert Mikroplastik aufzusammeln.
Es entstand ein Robo-Fisch, der dehnbar und flexibel ist und in weiteren Ausbaustufen sogar ein Gewicht von bis zu 5 kg tragen könnte, so die Studie. Vor allem aber kann der bionische Fisch in der Nähe schwimmende Mikroplastikteile aufnehmen, da die organischen Farbstoffe, und andere Materialien im Mikroplastik starke chemische Bindungen und elektrostatische Wechselwirkungen mit den Materialien des Fisches haben. Dadurch bleiben sie an seiner Oberfläche haften, so dass der Fisch Mikroplastik einsammeln und aus dem Wasser entfernen kann. "Nachdem der Roboter das Mikroplastik im Wasser aufgesammelt hat, können die Forscher die Zusammensetzung und die physiologische Toxizität des Mikroplastiks weiter analysieren", so Wang.
Darüber hinaus scheint das neu geschaffene Material auch regenerative Fähigkeiten zu besitzen, so Wang, der sich auf die Entwicklung von selbstheilenden Materialien spezialisiert hat. So kann sich der Roboterfisch bis zu 89 % seiner Fähigkeiten selbst heilen und selbst dann weiter Plastikteilchen ‚aufnehmen‘, wenn er beschädigt wird oder sich schneidet - was häufig vorkommen kann, wenn er in rauen Gewässern auf Schadstoffjagd geht.
Dies ist erstmal nur ein Konzeptnachweis, so Wang, und es sind noch viele weitere Forschungen erforderlich - vor allem im Hinblick darauf, wie das System in der realen Welt eingesetzt werden könnte. Zum Beispiel funktioniert der Roboter derzeit nur auf der Wasseroberfläche, so dass Wangs Team bald an funktionell komplexeren Robofischen arbeiten wird, die auch unter Wasser agieren können. Dennoch könnte dieses bionische Design eine Ausgangsbasis für weitere Entwicklungen bieten, so Wang. "Ich glaube, dass die Nanotechnologie ein großes Versprechen für die Adsorption von Spuren, das Auffangen und die Erkennung von Schadstoffen birgt, wodurch die Effizienz der Eingriffe verbessert und die Kosten gesenkt werden können.“
Als weitere Anwendung wären nun mit Sensoren bestückte Roboterfische vorstellbar, die die Wasserqualität und auch die lokale Belastung mit Mikroplastik messen können. Ob das Einsammeln größerer Mengen Mikroplastik mit Hilfe der Roboterfische funktionieren wird, werden weitere Versuche zeigen. Wichtig ist aber der grundsätzliche Ansatz via Nanotechnologie Materialien zu schaffen die in der Lage sind Mikroplastik ‚anzuziehen‘. Denkbar wäre damit wohl auch spezielle Wasserfilter, um selbst kleinste Mikroplastikpartikel aus dem Wasserkreislauf zu entfernen.
In der Tat wird die Nanotechnologie einer der wichtigsten Akteure im Kampf gegen Mikroplastik sein, denken wir und finden diesen Ansatz deshalb so spannend. Die Nanotechnologie hat hier ein großes Potential, und je besser die Materialforschung wird, desto besser wird auch der mehrgleisige Ansatz, Plastik in unserem Alltag zu ersetzen und vor allem auch die Mikroplastikrückstände aus der Umwelt herauszufiltern.