کاهش آلودگی میکروپلاستیک‌ها به کمک ریز ربات‌ها
میکروپلاستیک‌ها آلاینده‌های ریزی هستند که قطر آن‌ها کم‌تر از پنج میلی‌لیتر است و می‌توانند سطح آب دریاها و اقیانوس‌ها را بپوشانند. از طرفی این مواد در آب آشامیدنی هم وجود دارند و باید تصفیه شوند. یک روش جدید برای تصفیه میکروپلاستیک‌ها از آب، استفاده از میکروربات‌های تجزیه‌کننده است.
در طی مطالعاتی پیرامون موضوع میکروپلاست‌ها، محققان دریافتند که با استفاده از ربات‌های هوشمند در اندازه‌های بسیار کوچک می‌توانند میزان میکروپلاستیک‌ها را در آب کنترل کنند و یا حتی آن‌ها را تجزیه کنند و از بین ببرند.
میکروپلاستیک‌ها دقیقا از چه چیزی به وجود آمده‌اند؟
میکروپلاستیک‌ها ذرات ریزی هستند که از تجزیه شدن الیاف لباس، بطری‌های آب و سایر اقلام مصنوعی به وجود آمده‌اند و مدت‌هاست که راه خود را برای ورود به هوا، آب و خاک در سراسر جهان هموار کرده‌اند.
مجله علمی ACS Applied Materials & Interfaces تحقیقات جدیدی را برای مقابله با این پدیده زیان‌آور منتشر کرده است. وجود میکروپلاستیک‌ها در آب می‌تواند روی سلامت انسان‌ها و باقی موجودات زمین اثرگذار باشد. به نقل از مجله ACS، برای مقابله با ذرات ریز نیاز به تکنولوژی‌های ظریفی است، این پاک‌کننده‌ها باید تا حدی ریز باشند که بتوانند اثر خود را بر میکروپلاستیک‌ها بگذارند؛ این گونه بود که ایده استفاده از میکروربات‌ها بر سر زبان‌ها افتاد.
تکنولوژی میکروربات‌ها به چه صورت است؟
میکروربات‌ها به صورت اختصاصی می‌توانند میکروپلاستیک‌های درون آب را تجزیه کنند. هنگامی که کمی هیدروژن پراکسید به آب اضافه کنیم، میکروربات‌ها می‌توانند به سطح میکروپلاستیک‌ها بچسبند و به سادگی آن‌ها را تجزیه کنند. میکروربات‌ها اندازه ریزی دارند و شکل آن‌ها مشابه ستاره چهار پر است که ذرات مغناطیسی پوشانده شده‌اند.
مکانیزم دقیق کار میکروربات‌ها و چگونگی تشخیص میکروپلاستیک از سمت آن‌ها کمی دشوار است، این عملیات فوتوکاتالیز نامیده می‌شود. الکترون‌های درون میکروربات با جذب فوتون و یا انرژی اطراف خود از آب و هیدروژن پراکسید با این مواد واکنش می‌دهند، به همین ترتیب یک میکروربات می‌تواند به سادگی حرکت کند.
«میکروربات‌ها می‌توانند سریع‌تر از هر تکنولوژی دیگری مسافت‌های طولانی را پیمایش کنند و آلودگی‌ها را از بین ببرند.»
مارتین پومرا Martin Pumera، یکی از پژوهشگران دانشکاه شیمی و فناوری پراگ
پس از عملیات فوتوکاتالیز و چسبیدن میکروربات‌ها بر روی سطح میکروپلاستیک‌ها، مولکول‌های باردار تولید می‌شوند. این فرآیندها باعث می‌شوند که زنجیره پیوندهای شیمیایی تشکیل‌دهنده میکروپلاستیک‌ها شکسته شوند. برای درک بهتر این فرآیند می‌توانیم یک دستبند یا یک زنجیر معمولی را در نظر بگیریم که حلقه‌های آن شروع به خرد شدن می‌کنند، با رخ دادن این اتفاق در نهایت از این زنجیر تکه‌های خردشده حلقه باقی خواهد ماند؛ تجزیه موادی مانند میکروپلاستیک‌ها هم به همین صورت است زیرا میکروربات‌های زنجیره‌های پلیمری این مواد با به همین شکل تجزیه و خرد می‌کنند و در نهایت میکروپلاستیک‌ها از بین می‌روند. روش تجزیه میکروپلاستیک‌ها در آب به وسیله میکروربات‌ها می‌تواند بسیاری از خسارت‌های وارد شده به اکوسیستم را جبران کند و حجم زیادی از آب‌ها را به همین صورت تصفیه کند.
میکروپلاستیک‌ها انواع مختلفی دارند و عملیات تجزیه همه آن‌ها مشابه نیست، به همین دلیل برای اطمینان بیشتر از کارکرد میکروربات‌ها محققان دانشگاه شیمی و فناوری میکروربات‌ها را بر روی چهار نوع اصلی از میکروپلاستیک‌ها آزمایش کردند تا میزان تجزیه را با یکدیگر مقایسه کنند.
پس از گذشت زمانی حدود یک هفته، هر چهار نوع از میکروپلاستیک‌ها شروع به کوچک شدن کردند و هر کدام حدود ۰.۵ تا ۳ درصد از وزن خود را از دست دادند و تجزیه شدند.
حال فرض کنید که میکروربات‌ها توانستند میکروپلاستیک‌ها را تجزیه کنند و از آب جدا کنند. چگونه می‌توان آب را به صورت کامل تصفیه کرد و میکروربات‌ها را از آب جدا کرد؟
پس از عملیات فوتوکاتالیز و جمع آوری میکروپلاستیک‌ها، آب حاوی میکروربات‌ها از یک کانال مخصوص آهنربایی گذر می‌کند که توانایی جذب میکروربات‌ها را دارند، در این قسمت روکش مغناطیسی میکروربات‌ها کار را برای آهنربا ساده‌تر می‌کند. سپس این میکروربات‌های ستاره‌ای شکل که حدود ۷۰ درصد از آن‌ها میکروپلاستیک‌هایی را احاطه کرده‌اند از آب جدا می‌شوند. این میکروربات‌ها را می‌توان مجددا برای تصفیه آب استفاده کرد.
مارتین پومرا معتقد است که نسل‌های بعدی میکروربات‌ها به دریا منتقل می‌شود تا بتوانند میکروپلاستیک‌های سطح آب دریا را پاکسازی کنند و در نهایت برای استفاده دوباره از دریا خارج شوند. اما همه با مارتین پومرا موافق نیستند، در واقع این افراد باور دارند که میکروربات‌ها تنها در محیط‌های بسته و کنترل‌شده می‌توانند عملکرد مطلوبی را از خود نشان دهند و در سطح دریا و اقیانوس می‌توانند عملکرد قابل قبولی نداشته باشند.
یکی از این افراد وین کاوگر Win Cowger است که در ریورساید و دانشگاه کالیفرنیا مقالاتی را درباره آلودگی میکروپلاستیک‌ها منتشر کرده است و بر روی آلودگی ناشی از آن‌ها مطالعه می‌کند. وین کاوگر در مطالعه مربوط به میکروربات‌ها از سمت ای سی اس مشارکت نداشت اما پس از مطالعه این آزمایش اظهار کرد که مفید بودن میکروربات‌ها غیر قابل انکار است اما از نظر او استفاده از هر تکنولوژی اینچنینی مستلزم وجود محیط محدود به سیستم‌های بسته است؛ مثل محیط‌های تصفیه آب آشامیدنی یا فاضلاب و این تکنولوژی در مقیاس‌های مثل دریا و اقیانوس می‌تواند قابل کنترل نباشد. همچنین کاوگر افزود که میکروربات‌های فعلی می‌توانند هر چیزی غیر پلاستیکی را میکروپلاستیک در نظر بگیرند و به آن بچسبند و شروع به تجزیه آن کنند بنابراین این ذرات تا به امروز توانایی شناسایی دقیق میکروپلاستیک را ندارند و در صورت رها شدن در اقیانوس‌ها و دریاها می‌توانند شرایط غیر ایمن و جبران‌ناپذیری را به وجود بیاورند.
از سمت دیگر، تیم پومرا در حال ساخت نسل جدیدی از میکروربات‌ها است که بتوانند شناسایی دقیق‌تری داشته باشند و به شکل بهتری کار کنند تا هرگونه نگرانی در این مورد را برطرف کنند و بدون هیدروژن پراکسید آب‌ها را از میکروپلاستیک‌ها پاکسازی و تصفیه کنند.
« پیشرفت بشر در مورد رفع آلودگی‌ها بسیار نفس‌گیر است اما محققان هنوز راه زیادی را در پیش دارند تا بتوانند این تکنولوژی نوپا را به یک روش اصلی و پایدار برای رفع این معضل جهانی تبدیل کنند. اما اگر تحقیقات بیشتری صورت بگیرد و محققان بیشتر تلاش کنند می‌توانند ذرات بزرگ‌تر میکروپلاستیک را با این روش از آب‌های سطحی جدا کنند.»
پیتر ادواردز و سرجیو گونزالز کورتس، شیمی‌دانان دانشگاه آکسفورد
پیتر ادواردز و سرجیو گونزالز در تحقیقات پومرا حضور نداشتند اما طی بیانیه‌ای به این تیم پیشنهاد کردند که از اشعه ماکروویو استفاده کنند؛ زیرا اشعه ماکروویو می‌تواند اثر مثبتی را در تجزیه زباله‌های پلاستیکی داشته باشد.
در نهایت، محققان تمام تلاش خود را می‌کنند را میکروپلاستیک‌های موجود در محیط زیست را پاکسازی کنند تا زمین برای مدت زمان طولانی‌تری قابل سکونت بماند. اما بهترین راه پیشگری از ورود آن‌ها به طبیعت است؛ زیرا در هر صورت باقی ماندن این ذرات برای مدت کوتاهی در طبیعت هم می‌تواند زیان آور باشد.
«بهترین قدم برای حذف میکروپلاستیک‌ها از محیط زیست، جلوگیری از ورود آن‌ها به محیط زیست است.»
وین کاوگر محقق Win Cowger، دانشگاه کالیفرنیا