Des essaims de microrobots pour sauver nos eaux polluées

Une étude présente des essaims de robots microscopiques capables de capturer ces fragments de plastique et les bactéries présentes dans l'eau. Après leur utilisation, ces robots sont décontaminés et réutilisés.

Les microplastiques : une menace invisible

Les microplastiques, mesurant 5 millimètres ou moins, ajoutent une dimension supplémentaire au problème de la pollution plastique. Les animaux peuvent les ingérer, ce qui peut les nuire ou faire passer les particules dans la chaîne alimentaire, jusqu'aux humains. Les effets sur la santé humaine ne sont pas encore entièrement compris. Les microplastiques ne sont pas la seule préoccupation. Les fragments attirent des bactéries, y compris des pathogènes, qui peuvent également être ingérés.

Des robots microscopiques pour une solution innovante

Pour éliminer simultanément les microbes et les plastiques de l'eau, Martin Pumera et ses collègues ont développé des systèmes robotiques microscopiques, composés de nombreux petits composants travaillant de manière collaborative, imitant les essaims naturels, comme les bancs de poissons. Les robots sont construits en liant des brins d'un polymère chargé positivement à des microparticules magnétiques, qui ne se déplacent que lorsqu'elles sont exposées à un champ magnétique.

Les brins de polymère, qui rayonnent de la surface des billes, attirent à la fois les plastiques et les microbes. Les robots finis mesurent 2,8 micromètres de diamètre. Lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique rotatif, les robots se regroupent en essaim. En ajustant le nombre de robots qui s'auto-organisent en grappes plates, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient modifier le mouvement et la vitesse de l'essaim.

Expérimentations en laboratoire

Dans des expériences en laboratoire, l'équipe a simulé la présence de microplastiques et de bactéries dans l'environnement en ajoutant des billes de polystyrène fluorescentes (d'un micromètre de large) et des bactéries Pseudomonas aeruginosa, qui peuvent causer des pneumonies et d'autres infections, dans un réservoir d'eau. Les chercheurs ont ajouté ensuite des microrobots au réservoir et les ont exposés à un champ magnétique rotatif pendant 30 minutes, en l'activant et le désactivant toutes les 10 secondes.

Une concentration de robots de 7,5 milligrammes par millilitre, la plus dense des quatre concentrations testées, a capturé environ 80 % des bactéries. Parallèlement, à cette même concentration, le nombre de billes de plastique libres a également diminué progressivement, attirées par les microrobots.

Ensuite, les robots ont été récupérés avec un aimant permanent et des ultrasons ont été utilisé pour détacher les bactéries qui y adhéraient. Ils ont ensuite exposé les microbes retirés à des radiations ultraviolettes, complétant ainsi la désinfection.

Réutilisation des robots

Lors de leur réutilisation, les robots décontaminés ont continué à capturer du plastique et des microbes, bien que dans des quantités moindres. Ce système microrobotique offre une approche innovante pour débarrasser l'eau des plastiques et des bactéries, notent les chercheurs.

Légende illustration : Des microrobots magnétiques aux mains polymères capturent les bactéries et les microplastiques dans l'eau. Pour nettoyer l'eau, les chercheurs ont conçu des essaims de minuscules robots sphériques (jaune clair) qui collectent les bactéries (vertes) et les petits morceaux de plastique (gris).

Article « Magnetic Microrobot Swarms with Polymeric Hands Catching Bacteria and Microplastics in Water » : DOI 10.1021/acsnano.4c02115