Des microrobots innovants conçus pour imiter les essaims naturels peuvent éliminer efficacement les microplastiques et les contaminants bactériens de l’eau, offrant ainsi une solution réutilisable à la pollution de l’eau. (Concept de l'artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Les chercheurs ont développé des microrobots capables d’éliminer les microplastiques et les bactéries de l’eau, luttant ainsi contre la double menace de pollution et de propagation des maladies dans les environnements aquatiques.
Lorsque les vieux emballages alimentaires, les jouets d'enfants mis au rebut et d'autres déchets plastiques mal gérés se décomposent en microplastiques, ils deviennent encore plus difficiles à nettoyer des océans et des cours d'eau. Ces minuscules morceaux de plastique attirent également les bactéries, notamment celles qui causent des maladies. Dans une étude en ACS Nano, les chercheurs décrivent des essaims de robots à microéchelle (microrobots) qui capturaient des morceaux de plastique et des bactéries présents dans l'eau. Les robots ont ensuite été décontaminés et réutilisés. Regardez une vidéo d’eux en train d’essaimer :
Dans un rapport publié dans ACS Nano, les chercheurs ont fabriqué de minuscules billes magnétiques qui pullulent dans l'eau contaminée et ramassent des contaminants tels que des microplastiques et des bactéries.
La taille des microplastiques, qui mesurent 5 millimètres ou moins, ajoute une autre dimension au problème de la pollution plastique, car les animaux peuvent les manger, potentiellement blessés ou transmettant les particules dans la chaîne alimentaire qui se termine avec les humains. Jusqu’à présent, les effets sur la santé humaine ne sont pas entièrement compris.
Cependant, les microplastiques eux-mêmes ne sont pas la seule préoccupation. Ces morceaux attirent les bactéries, notamment les pathogènes, qui peuvent également être ingérées. Pour éliminer simultanément les microbes et le plastique de l’eau, Martin Pumera et ses collègues se sont tournés vers des systèmes robotiques à micro-échelle, composés de nombreux petits composants qui fonctionnent en collaboration, imitant des essaims naturels, comme des bancs de poissons.

Pour nettoyer l’eau, les chercheurs ont conçu des essaims de minuscules robots sphériques qui collectent des bactéries et de petits morceaux de plastique. Crédit : Société américaine de chimie
Pour construire les robots, l'équipe a lié des brins d'un polymère chargé positivement à des microparticules magnétiques, qui ne bougent que lorsqu'elles sont exposées à un champ magnétique. Les brins de polymère, qui rayonnent depuis la surface des billes, attirent à la fois les plastiques et les microbes. Et les produits finis – les robots individuels – mesuraient 2,8 micromètres de diamètre.
Lorsqu’ils sont exposés à un champ magnétique rotatif, les robots se sont rassemblés. En ajustant le nombre de robots qui s'auto-organisent en groupes plats, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient modifier le mouvement et la vitesse de l'essaim.

Lors d'expériences en laboratoire, l'équipe a reproduit des microplastiques et des bactéries dans l'environnement en ajoutant des substances fluorescentes. polystyrène perles (1 micromètre de large) et nageant activement Pseudomonas aeruginosa bactéries, qui peuvent provoquer une pneumonie et d'autres infections, dans un réservoir d'eau.
Ensuite, les chercheurs ont ajouté des microrobots au réservoir et les ont exposés à un champ magnétique rotatif pendant 30 minutes, en l’allumant et en l’éteignant toutes les 10 secondes. Une concentration robotisée de 7,5 milligrammes par millilitre, la plus dense des quatre concentrations testées, a capturé environ 80 % des bactéries. Pendant ce temps, à cette même concentration, le nombre de billes de plastique libres diminuait également progressivement, à mesure qu’elles étaient attirées par les microrobots.
Ensuite, les chercheurs ont collecté les robots avec un aimant permanent et ont utilisé des ultrasons pour détacher les bactéries qui s'y accrochaient. Ils ont ensuite exposé les microbes retirés au rayonnement ultraviolet, complétant ainsi la désinfection. Une fois réutilisés, les robots décontaminés ramassaient toujours le plastique et les microbes, bien que de plus petites quantités des deux. Ce système microrobotique constitue une approche prometteuse pour débarrasser l’eau du plastique et des bactéries, notent les chercheurs.
Les auteurs reconnaissent le financement du projet TECHSCALE du Fonds européen de développement régional/Fonds social européen, du programme REFRESH de l’Union européenne et de CzechNanoLab.