近日，康奈爾大學(xué)一研究團(tuán)隊(duì)以夏威夷蘋果蝸牛（Pomacea canaliculate）為靈感研發(fā)出一種可以收集海洋微塑料的仿生機(jī)器人，并于11月25日將其研究成果發(fā)布于期刊《自然通訊》上。該研究團(tuán)隊(duì)主要由機(jī)械工程、生態(tài)與環(huán)境工程以及數(shù)學(xué)系的研究人員組成。
微塑料是指直徑小于5毫米的塑料顆粒，目前在海洋、淡水、土壤、大氣環(huán)境，甚至飲用水、食品中均發(fā)現(xiàn)有微塑料存在。微塑料無處不在，但目前還沒有廣泛應(yīng)用的微塑料降解方法和治理體系。2004年，英國普利茅斯大學(xué)研究人員在期刊《Science》上發(fā)表了一篇關(guān)于海洋沉積物中塑料碎片的論文，首次提出“微塑料”的概念。2015年，聯(lián)合國將微型塑料污染列為新型環(huán)境污染的一大類型，呼吁各國對(duì)此加強(qiáng)研究。
人類主要通過飲食和吸入兩種途徑接觸微塑料。近年來，多個(gè)研究發(fā)現(xiàn)微塑料在人體器官中存在。2020年發(fā)表在期刊《國際環(huán)境》上的一項(xiàng)研究顯示，在健康孕婦的胎盤中檢測(cè)出了5至10微米大小的“微塑料顆粒”； 2022年同樣在該期刊上，另一項(xiàng)研究在實(shí)驗(yàn)者血液中發(fā)現(xiàn)了微塑料。今年，國際科學(xué)團(tuán)隊(duì)在《納米材料》發(fā)表的研究顯示，通過對(duì)小鼠的實(shí)驗(yàn)，微塑料顆粒在被攝入體內(nèi)后，僅2小時(shí)即可穿過血腦屏障進(jìn)入大腦。但是微塑料對(duì)人體造成何種危害，目前仍存在認(rèn)知空缺。
根據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)及社會(huì)理事會(huì)（United Nations Economic and Social Council）的數(shù)據(jù)，塑料垃圾占所有海洋污染的80%，每年有800萬至1000萬噸塑料最終進(jìn)入海洋。
中國環(huán)境科學(xué)研究院研究員雷坤在接受北京科技報(bào)采訪時(shí)表示，塑料垃圾經(jīng)過物理破碎后形成微塑料，還有一部分微塑料來源于人們的日常生活，例如汽車輪胎與路面摩擦產(chǎn)生的塑料顆粒，化妝品成分表中的微珠是微塑料，洗衣廢水中也含有大量微塑料纖維。
該研發(fā)成果的靈感來源于夏威夷蘋果蝸牛，通過腳的波動(dòng)驅(qū)動(dòng)水面流動(dòng)，吸入漂浮的食物顆粒�？的螤柎髮W(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用了3D打印技術(shù)制造類似于蝸牛腳部結(jié)構(gòu)的柔軟薄片材料，可以像蝸牛一樣起伏從而在水中運(yùn)動(dòng)。
夏威夷蘋果蝸牛。圖片來源：夏威夷入侵物種委員會(huì)（hawaii invasive species council）
分析流體的運(yùn)動(dòng)是這項(xiàng)研究的關(guān)鍵。“基于蝸牛技術(shù)的流體泵送系統(tǒng)是向空氣開放的，效率比封閉系統(tǒng)中的泵高很多。由于類似封閉系統(tǒng)中的泵利用管子吸入水和顆粒，所以需要輸入高能量才能運(yùn)行。原型模型只需要5伏特的電力就可運(yùn)行。”研究團(tuán)隊(duì)表示。“不過，考慮到電池和發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，可能需要安裝一個(gè)浮力裝置，以防它沉下去。”
海洋微塑料清潔機(jī)器人仍處于研究團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的階段，尚未廣泛商業(yè)化投入實(shí)際應(yīng)用。目前，國內(nèi)外團(tuán)隊(duì)治理微塑料的研究成果主要有兩種類型，一種是能夠降解微塑料的化學(xué)物質(zhì)，另一種是用于收集微塑料的仿生機(jī)器。
此前，2022年，四川大學(xué)一研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種機(jī)器魚，以珍珠母貝這種貝殼為設(shè)計(jì)靈感，它可以擺動(dòng)身體，尾部快速開關(guān)近紅外激光推動(dòng)它吸食水中的微塑料；暨南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與香港大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)出一種基于離子交換獲得自驅(qū)動(dòng)力的微機(jī)器人（SMR），用于吸附水體中的微納米大小的塑料顆粒。
為適應(yīng)不同的海洋環(huán)境，微型機(jī)器成為了海洋清潔機(jī)器人主要的研究方向。同時(shí)，為了機(jī)器能更長久地在海里工作，利用可再生能源技術(shù)獲得自驅(qū)動(dòng)力，減少對(duì)外部供電的依賴，也是海洋清潔機(jī)器人的一大突破。
此外，國內(nèi)外的科研團(tuán)隊(duì)也發(fā)布了一些針對(duì)降解微塑料的研究成果。2022年，中國科學(xué)院海洋研究所一科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種可有效降解聚乙烯塑料的海洋真菌。該真菌不僅能有效降解聚乙烯，還對(duì)聚丙烯等塑料化學(xué)物質(zhì)和生物可降解塑料有明顯的降解效果，為降解混合塑料制品這一難題提供了希望；西班牙多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開發(fā)了一種能降解聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料和納米塑料的人造蛋白質(zhì)。
2022年，世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布了一份關(guān)于納米塑料和微塑料顆粒 （NMP）對(duì)人類健康的潛在影響的報(bào)告，表示盡管目前沒有令人信服的證據(jù)證明微塑料是不利于人體健康的，但公眾意識(shí)不斷提高，所有利益相關(guān)方都認(rèn)為塑料不屬于環(huán)境，應(yīng)采取措施減少接觸。
治理微塑料需要關(guān)注的不僅是末端處理問題，而是塑料的全生命周期管理。2021年，國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部制定了《“十四五”塑料污染治理行動(dòng)方案》，方案指出要積極推動(dòng)塑料生產(chǎn)和使用源頭減量，加快推進(jìn)塑料廢棄物規(guī)范回收利用和處置，大力開展重點(diǎn)區(qū)域塑料垃圾清理整治。
塑料污染亟需解決方案和相關(guān)政策的出臺(tái)。2022年，聯(lián)合國環(huán)境大會(huì)續(xù)會(huì)通過了《終止塑料污染決議（草案）》，指出到2024年達(dá)成一項(xiàng)具有國際法律約束力的協(xié)議，涉及塑料制品生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、回收和處理等整個(gè)生命周期，旨在推動(dòng)全球治理塑料污染。
