Clevere Umweltschutz-Technik Mikroroboter reinigen Wasser - wissenschaft.de
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Clevere Umweltschutz-Technik

Mikroroboter reinigen Wasser

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Selbstangetriebener Mikroroboter aus Graphen fängt Blei aus Abwasser ein. (Künsterlische Darsstellung, 2016 American Chemical Society)
Mit Armeen aus winzigen Umweltschützern wollen deutsche Forscher Wasser von Schwermetallen und organischen Verschmutzungen befreien: Sie haben säubernde Mikroroboter mit Eigenantrieb entwickelt, die selbstständig durchs Wasser wuseln und nach ihrer Arbeit wiederverwendet werden können.

Blei, Arsen, Quecksilber und andere Problem-Substanzen: Schwermetall-Belastungen des Wassers werden hauptsächlich von der Industrie verursacht und können ein großes Risiko für die öffentliche Gesundheit sowie für die Natur darstellen. Die Aufbereitung von kontaminiertem Wasser ist oft aufwendig und teuer, deshalb sind stets alternative Konzepte gefragt.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart arbeiten in diesem Zusammenhang an einem futuristisch wirkenden System: Schwärme von winzigen Robotern, die kleiner sind als ein menschliches Haar breit ist, sollen durch verunreinigtes Wasser sausen und es dabei reinigen. Die Microbots könnten diesen Job schneller und günstiger erledigen als aktuelle Methoden der Wasserreinigung, sagen die Wissenschaftler. Sie ermöglichen anschließend auch einen verantwortungsvollen Umgang mit den gesammelten Schadstoffen, da sie recycelt werden können und sich die Mikroroboter außerdem wiederverwenden lassen.

Der Antrieb hinterlässt nur Wasser und Sauerstoffblasen

Das Team um Samuel Sánchez vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme hat nun einen Prototyp ihrer Winz-Robos vorgestellt, der Blei absorbieren kann. Es handelt sich eigentlich um einen Motor, dessen Hülle die Reinigungsfunktion vermittelt: „Die Außenhülle des Mikroroboters, welche aus Graphen besteht, fängt das Blei ein“, erklärt Sanchez. „Die innere Platinschicht funktioniert als Antrieb und zerfallendes Wasserstoffperoxid als Treibstoff, sodass der Roboter sich selbst antreiben kann.“

Wenn Wasserstoffperoxid dem Abwasser zugesetzt wird, beginnen sich die winzigen U-Boote blubbernd in Bewegung zu setzen: Das Platin zersetzt den Treibstoff zu Wasser und Sauerstoffblasen, welche von der Rückseite des Mikroroboters ausgestoßen werden. „Es ist wichtig, ein System zur Schadstoffbeseitigung zu verwenden, welches keine zusätzliche Verschmutzung erzeugt“, betont Sanchez.

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Die Winzlinge lassen sich sogar steuern, berichten die Forscher: Zwischen dem Graphenoxid und den Platinschichten befindet sich eine magnetische Nickel-Schicht, welche es den Forschern ermöglicht, die Bewegung der Mikroroboter von außen zu beeinflussen. „Ein Magnetfeld kann verwendet werden, um sie alle aus dem Wasser zu sammeln, wenn sie fertig sind“, sagt Sanchez. „Zukünftig könnten unsere Mikroroboter-Schwärme durch ein automatisiertes System gesteuert werden, welches sie mittels Magneten dazu bringt, verschiedene Aufgaben zu erfüllen.“

Raffinierte Putztruppen mit Potenzial

Die Effektivität ihres Konzepts konnten die Forscher bereits belegen: Ihnen zufolge können ihre Techno-Putztruppen Bleiverunreinigungen in Industrieabwasser in einer Stunde von 1000 Teilchen pro Milliarde bis auf unter 50 reduzieren. Anschließend kann das Schwermetall zum Recycling entnommen werden und die Mikroroboter sind wieder bereit für den nächsten Einsatz.

Neben Microbots zur Beseitigung von Schwermetall-Verunreinigungen arbeiten die Forscher derzeit auch an Versionen, die organische Wasserverschmutzungen absorbieren können.“Wir planen nun, unsere Mikroroboter weiterzuentwickeln, sodass sie auch andere Schadstoffe sammeln können. Auch werden wir an der Senkung der Kosten für ihre Herstellung sowie daran arbeiten, sie in großen Mengen herstellen zu können“, sagt Sanchez.

Quelle: Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

© natur.de – Martin Vieweg
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