Рыба-робот поможет очистить океан от пластика

Ученые создали робота в форме рыбы, который быстро передвигается в воде и собирает микропластик. Крошечная машина покачивает телом и «хлопает» хвостовыми плавниками, чтобы двигаться в воде, и может быть использована для очистки океанов от пластикового загрязнения.
Его длина составляет всего около сантиметра, что означает, что он может проникать в крошечные трещины и щели, чтобы собирать кусочки пластика, которые в противном случае были бы недоступны.

Робот, разработанный командой Сычуаньского университета в Китае, не имеет источника питания, а движется благодаря вспышкам инфракрасного света. Когда свет попадает на «рыбий хвост», он отклоняется от поверхности, а когда свет выключается, он плюхается назад, продвигая робота по воде.

По словам исследователей, механизм может двигаться со скоростью почти три длины тела в секунду, что является рекордом для мягких морских роботов.

«Проверка концептуальной версии робота показала, что его максимальная скорость плавания составляет 2,67 длины тела в секунду. Его скорость сравнима со скоростью планктона, что превосходит большинство искусственных мягких роботов. Кроме того, робот может стабильно поглощать загрязняющие вещества и восстанавливать свою надежность и функциональность даже при повреждении», - заявил руководитель проекта профессор Синьсин Чжан.

По оценкам, ежегодно в океаны попадает от 5 до 13 миллионов метрических тонн пластикового загрязнения, - от крупного плавающего мусора до микропластика, образующегося в результате разрушения отходов.

Согласно исследованию ученых Университета Кюсю, по состоянию на октябрь 2021 года в океане насчитывается около двадцати четырех триллионов частиц микропластика. Они могут быть вредны для животных при проглатывании, их трудно удалить из окружающей среды, особенно после того, как они осели в укромных уголках и трещинах на дне рек, ручьев, озер или океанов.

Материалы, использованные для создания робота, имитируют перламутр, прочный и гибкий материал, который находится внутри раковин моллюсков. Перламутр состоит из нескольких слоев материалов, различающихся по составу по градиенту. С одной стороны они сделаны из композита карбоната кальция, затем слои постепенно меняются, и с другой стороны, в основном, перламутр состоит из наполнителя - протеина шелка. Профессор Чжан и его команда хотели использовать такую же структуру в материалах, используемых для создания робота, чтобы добиться долговечности, характерной для перламутра.
Традиционными материалами для мягких роботов являются гидрогели и эластомеры, которые легко повреждаются в воде. Исследователи сначала сделали нанолисты из циклических молекул сахара, связанных с графеном — последний, как известно, является самым прочным материалом на Земле. Затем в растворы нанолистов добавляли различные концентрации полиуретанового латекса. Наконец, листы собирали вместе слой за слоем, постепенно увеличивая концентрацию латекса от одной стороны листа к другой. Получившийся материал был использован для создания робота.

Надежность и скорость робота делают его идеальным для мониторинга микропластика и других загрязняющих веществ в суровых условиях водной среды. Он может исцелять себя после разрезания, поскольку многослойная структура нанолистов означает, что они могут снова склеиваться вместе после того, как были разделены или разрезаны на части. Это свойство сохраняет способность робота собирать мусор.
«Это достижение отрицает прежний принцип, согласно которому, функциональность и быстрота движения исключают друг друга, - говорит профессор Чжан. - Мы ожидаем, что наша наноструктурная конструкция покажет эффективный путь к другим роботам, которым необходима многофункциональная интеграция».