Theo TechRadar, rác thải nhựa đang trở thành một trong những thách thức môi trường nghiêm trọng nhất trên toàn cầu. Không chỉ tồn tại dưới dạng túi nilon, chai lọ hay bao bì, nhựa còn phân rã thành những hạt cực nhỏ, len lỏi vào đất, không khí và đặc biệt là nguồn nước.
Những hạt vi nhựa đã được phát hiện trong nước máy, nước đóng chai và thậm chí trong cơ thể con người, làm dấy lên lo ngại về tác động lâu dài đối với sức khỏe.
Những hạt này, được gọi là vi nhựa nano (nanoplastics), có kích thước nhỏ đến mức các hệ thống lọc nước thông thường gần như “bất lực”. Chúng có thể vượt qua màng lọc, đi vào cơ thể, xâm nhập vào máu, mô và các cơ quan nội tạng.
Một số nghiên cứu cho thấy vi nhựa nano có khả năng gây viêm, tổn thương tế bào, thậm chí liên quan đến nguy cơ ung thư – dù các tác động lâu dài vẫn đang tiếp tục được làm rõ.
Trong bối cảnh đó, các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Brno đã đưa ra một giải pháp đầy táo bạo: sử dụng robot nano từ tính để chủ động tìm kiếm và loại bỏ những hạt vi nhựa nguy hiểm này khỏi nước.
“Đội quân” robot tí hon hoạt động ra sao?
Theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Environmental Science: Nano, các robot này hoạt động dựa trên lực hút tĩnh điện – tương tự hiện tượng một quả bóng bay có thể hút dính tóc sau khi cọ xát.
Nhóm nghiên cứu robot tại Khoa Công nghệ Thông tin của Đại học Công nghệ Brno
Tuy nhiên, điều đáng chú ý nằm ở cách các nhà khoa học thiết kế vật liệu để tối ưu hóa cơ chế này.
Mỗi robot được cấu tạo từ các thanh hình lục giác làm từ khung kim loại hữu cơ gốc sắt, với kích thước chỉ tương đương một sợi tóc người.
Khi được quét dưới kính hiển vi điện tử, mỗi robot này hiện ra như một mảnh thiên thạch cổ xưa với bề mặt gồ ghề, chi chít các lỗ rỗng li ti. Chính những lỗ rỗng này đóng vai trò là “bẫy”, nơi các hạt vi nhựa nano bị hút vào và giữ lại.
Sau khi được nung nóng, các thanh vật liệu này biến đổi thành các hợp chất có tính từ, cho phép robot được điều khiển bằng từ trường bên ngoài. Nhờ đó, các nhà nghiên cứu có thể dẫn dắt chúng di chuyển trong nước để chủ động tìm kiếm các hạt vi nhựa, thay vì chỉ chờ chúng trôi đến.
Đây chính là điểm khác biệt lớn so với các nghiên cứu trước đây, vốn chủ yếu dựa vào phương pháp thu gom thụ động.
“Nếu nó chỉ là những hạt nằm yên một chỗ hy vọng thu hút được vi nhựa nano, chúng tôi sẽ không gọi đó là robot”, Martin Pumera, nhà nghiên cứu chính, cho biết. “Toàn bộ ý tưởng ở đây là vật chất chủ động”.
Các robot này hoạt động bằng từ trường năng lượng thấp và không cần sử dụng thêm nhiên liệu hay tia cực tím, giúp giảm chi phí năng lượng cũng như tránh đưa thêm các yếu tố gây ô nhiễm vào nước.
Sau khi hoàn tất quá trình thu gom, chúng có thể được thu hồi dễ dàng bằng nam châm, cho phép tách phần nước đã được làm sạch ra khỏi hệ thống.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, hiệu quả của phương pháp này tỏ ra vượt trội. Các robot đang chuyển động có thể loại bỏ tới 78% vi nhựa nano chỉ sau một giờ - cao hơn khoảng 60% so với khi chúng ở trạng thái tĩnh.
Kết quả này cho thấy tiềm năng rõ rệt của việc kết hợp công nghệ nano với điều khiển từ trường trong xử lý ô nhiễm nước.
Những rào cản khắc nghiệt khi bước ra thực tế
Hình ảnh huỳnh quang cho thấy các vi sinh vật kháng thuốc (MARs) có màu xanh lá và các hạt nano nhựa màu xanh dương sau khi được thu giữ
Dù mang lại kết quả tích cực trong môi trường phòng thí nghiệm, công nghệ này vẫn đối mặt với nhiều thách thức khi xét đến khả năng ứng dụng thực tế.
Trước hết là vấn đề độ bền. Trong quá trình hoạt động, các lỗ rỗng trên bề mặt robot dần bị tắc nghẽn bởi các hạt vi nhựa đã thu gom, khiến hiệu suất giảm theo thời gian.
Mặc dù có thể tái tạo bằng cách ngâm trong dung dịch axit, hiệu quả của robot vẫn suy giảm rõ rệt sau khoảng bốn lần tái sử dụng.
Hiệu suất của robot cũng bị ảnh hưởng đáng kể trong các môi trường nước phức tạp hơn. Khi thử nghiệm trong nước biển và nước ngầm mô phỏng, hiệu quả thu gom giảm tới 70%.
Nguyên nhân là do các ion hòa tan trong nước cạnh tranh với vi nhựa nano trong việc tương tác với lực tĩnh điện, làm suy yếu khả năng hấp phụ của robot.
Một thách thức khác nằm ở tốc độ và khả năng mở rộng. Các robot chỉ di chuyển với vận tốc vài micromet mỗi giây - quá chậm so với nhu cầu xử lý nước ở quy mô lớn. Trong khi đó, các nhà máy xử lý nước hiện đại có thể xử lý hàng triệu gallon mỗi ngày.
Với tốc độ hiện tại, việc áp dụng robot nano để làm sạch một lượng nước tương đương sẽ mất thời gian không khả thi.
Ngoài ra, từ trường dùng để điều khiển robot cũng suy giảm nhanh theo khoảng cách, khiến việc kiểm soát chúng trong các hệ thống lớn trở nên khó khăn. Điều này đặt ra rào cản lớn đối với việc triển khai công nghệ ở quy mô công nghiệp.
Sự sụt giảm hiệu suất trong nước mặn và nước ngầm cũng làm dấy lên nghi ngờ về tính khả thi trong điều kiện thực tế - nơi nước hiếm khi ở trạng thái “lý tưởng” như trong phòng thí nghiệm. Khoảng cách giữa kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn vì thế vẫn còn rất lớn.
Dù vậy, nghiên cứu này vẫn được xem là một bước tiến đáng chú ý trong lĩnh vực công nghệ môi trường.
Việc chuyển từ thu gom thụ động sang chủ động mở ra hướng tiếp cận mới trong xử lý ô nhiễm vi nhựa. Những robot nhỏ hơn sợi tóc này có thể chưa phải là giải pháp hoàn chỉnh, nhưng chúng cho thấy tiềm năng của việc kiểm soát vật liệu ở cấp độ nano.
Trong bối cảnh ô nhiễm vi nhựa ngày càng gia tăng, những bước tiến như vậy đóng vai trò quan trọng trong việc đặt nền móng cho các công nghệ tương lai.
Và dù còn nhiều hạn chế, “đội quân” robot tí hon này vẫn mang đến một tín hiệu tích cực: cuộc chiến làm sạch nguồn nước đang dần bước sang một giai đoạn mới, nơi khoa học nano có thể trở thành chìa khóa thay đổi cuộc chơi.
*Nguồn: TechRadar
