자석 로봇, 미세플라스틱 뿐만 아니라 박테리아까지 끌어 모은다.

 

작은 로봇 떼는 미세 플라스틱과 미생물을 청소하는 이중 작업을 수행한다. ACS 나노 2024

미세플라스틱은 우리 세대가 직면한 가장 큰 환경 및 건강 위험 중 하나이다.

이제 연구자들은 물에서 나온 미세 플라스틱뿐만 아니라 박테리아까지 포함하는 작은 로봇, 즉 마이크로 로봇 떼를 개발했다.

마이크로 로봇을 만들기 위해 팀은 양전하를 띤 폴리머 가닥을 자기장에만 반응하여 움직이는 자성 미세 입자에 연결했다.

 

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이 로봇은 청소하고 재사용할 수도 있어 지속 가능한 솔루션이 된다.

https://youtu.be/d0r54wuV1k4

자성 미세입자 채용

5mm 이하의 작은 크기의 미세 플라스틱은 플라스틱 오염 딜레마에 또 다른 측면을 제시한다. 동물이 이를 섭취하여 잠재적으로 해를 입히거나 이러한 입자를 먹이 사슬에 도입하여 궁극적으로 인간에게 영향을 미칠 수 있다.

사람들의 건강에 미치는 영향은 여전히 완전히 이해되어야 한다. 하지만 미세플라스틱 외에도 우려해야 할 다른 문제가 있다. 이러한 파편은 병원성 세균과 섭취될 수 있는 기타 세균을 유인한다.

 

위기를 해결하기 위해 브르노 공과대학교 중앙유럽공과대학의 마틴 푸메라(Martin Pumera)와 동료들은 소규모 로봇 시스템을 사용했다. 이 시스템은 물에서 플라스틱과 세균을 동시에 제거하기 위해 협력하는 여러 개의 작은 부품으로 구성된다. 이러한 시스템은 물고기 떼와 같은 자연적인 떼를 반영한다.

 

연구자들에 따르면, 오래된 식품 포장, 버려진 어린이 장난감, 기타 제대로 관리되지 않은 플라스틱 파편에서 미세 플라스틱이 분해되면 강과 바다에서 미세 플라스틱을 제거하는 것이 훨씬 더 어려워진다. 이 미세한 플라스틱 조각은 세균, 심지어 병원성 세균도 끌어들인다.

연구팀은 자기장에서만 움직일 수 있는 자성 미세 입자를 사용하여 양전하를 띤 폴리머 가닥을 연결하고 로봇을 만들었다.

 

미생물과 플라스틱은 비드 표면에서 나오는 폴리머 가닥으로 끌어당겨진다. 또한 완성된 품목, 즉 개별 로봇의 직경은 2.8마이크로미터였다.

로봇은 회전하는 자기장에 노출되었을 때 함께 모여 있었다. 평평한 클러스터로 자체 구성되는 로봇의 수는 변경될 수 있으므로 연구원은 떼의 움직임과 속도를 수정할 수 있다.

 

효과적인 솔루션

실험실 실험에서 연구자들은 활발히 헤엄치는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 박테리아와 함께 너비가 1마이크로미터인 형광 폴리스티렌 비드를 도입하여 환경의 미세 플라스틱과 박테리아를 재현했다. 이 박테리아는 폐렴 및 기타 감염을 유발하는 것으로 알려져 있다.

이를 통해 과학자들은 실험실 환경에서 볼 수 있는 미세 플라스틱과 박테리아를 재현할 수 있었다.

 

그 후, 마이크로로봇을 탱크에 통합하고 10초 간격으로 켜고 끄는 노출로 30분 동안 회전 자기장을 가했다.

세균의 약 80%가 밀리리터당 7.5밀리그램의 로봇 농도로 수집되었으며, 이는 조사된 4가지 농도 중 가장 밀도가 높다.

느슨한 플라스틱 구슬이 마이크로 로봇으로 끌려가면서 이 일정한 농도에서 그 양이 급격히 감소했다.

 

이후 과학자들은 영구 자석을 이용해 로봇을 모으고 초음파 치료를 통해 로봇에 부착된 세균을 분리했다. 제거된 미생물에 자외선을 조사하여 세척을 마무리하였다.

오염 제거된 로봇을 다시 활용했을 때 비록 적은 양이기는 했지만 플라스틱과 박테리아를 수집했다.

 

연구자들은 이 마이크로 로봇 시스템이 미생물과 잔해로부터 물을 여과하는 잠재적으로 효과적인 방법을 제공한다고 지적한다.

팀의 연구 세부 내용은 ACS Nano 저널에 게재되었다.