康奈尔大学研发蜗牛仿生机器人，可帮海洋清洁微塑料 | 低碳启明星⑭ - 海洋微塑料研究机构合作

近日，康奈尔大学一研究团队以夏威夷苹果蜗牛（Pomacea canaliculate）为灵感研发出一种可以收集海洋微塑料的仿生机器人，并于11月25日将其研究成果发布于期刊《自然通讯》上。该研究团队主要由机械工程、生态与环境工程以及数学系的研究人员组成。

微塑料是指直径小于5毫米的塑料颗粒，目前在海洋、淡水、土壤、大气环境，甚至饮用水、食品中均发现有微塑料存在。微塑料无处不在，但目前还没有广泛应用的微塑料降解方法和治理体系。2004年，英国普利茅斯大学研究人员在期刊《Science》上发表了一篇关于海洋沉积物中塑料碎片的论文，首次提出“微塑料”的概念。2015年，联合国将微型塑料污染列为新型环境污染的一大类型，呼吁各国对此加强研究。

人类主要通过饮食和吸入两种途径接触微塑料。近年来，多个研究发现微塑料在人体器官中存在。2020年发表在期刊《国际环境》上的一项研究显示，在健康孕妇的胎盘中检测出了5至10微米大小的“微塑料颗粒”； 2022年同样在该期刊上，另一项研究在实验者血液中发现了微塑料。今年，国际科学团队在《纳米材料》发表的研究显示，通过对小鼠的实验，微塑料颗粒在被摄入体内后，仅2小时即可穿过血脑屏障进入大脑。但是微塑料对人体造成何种危害，目前仍存在认知空缺。

根据联合国经济及社会理事会（United Nations Economic and Social Council）的数据，塑料垃圾占所有海洋污染的80%，每年有800万至1000万吨塑料最终进入海洋。

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中国环境科学研究院研究员雷坤在接受北京科技报采访时表示，塑料垃圾经过物理破碎后形成微塑料，还有一部分微塑料来源于人们的日常生活，例如汽车轮胎与路面摩擦产生的塑料颗粒，化妆品成分表中的微珠是微塑料，洗衣废水中也含有大量微塑料纤维。

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该研发成果的灵感来源于夏威夷苹果蜗牛，通过脚的波动驱动水面流动，吸入漂浮的食物颗粒。康奈尔大学研究团队采用了3D打印技术制造类似于蜗牛脚部结构的柔软薄片材料，可以像蜗牛一样起伏从而在水中运动。

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分析流体的运动是这项研究的关键。“基于蜗牛技术的流体泵送系统是向空气开放的，效率比封闭系统中的泵高很多。由于类似封闭系统中的泵利用管子吸入水和颗粒，所以需要输入高能量才能运行。原型模型只需要5伏特的电力就可运行。”研究团队表示。“不过，考虑到电池和发动机的重量，可能需要安装一个浮力装置，以防它沉下去。”

海洋微塑料清洁机器人仍处于研究团队实验室测试的阶段，尚未广泛商业化投入实际应用。目前，国内外团队治理微塑料的研究成果主要有两种类型，一种是能够降解微塑料的化学物质，另一种是用于收集微塑料的仿生机器。

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此前，2022年，四川大学一研究团队开发了一种机器鱼，以珍珠母贝这种贝壳为设计灵感，它可以摆动身体，尾部快速开关近红外激光推动它吸食水中的微塑料；暨南大学研究团队与香港大学研究团队合作设计出一种基于离子交换获得自驱动力的微机器人（SMR），用于吸附水体中的微纳米大小的塑料颗粒。

为适应不同的海洋环境，微型机器成为了海洋清洁机器人主要的研究方向。同时，为了机器能更长久地在海里工作，利用可再生能源技术获得自驱动力，减少对外部供电的依赖，也是海洋清洁机器人的一大突破。

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此外，国内外的科研团队也发布了一些针对降解微塑料的研究成果。2022年，中国科学院海洋研究所一科研团队发现了一种可有效降解聚乙烯塑料的海洋真菌。该真菌不仅能有效降解聚乙烯，还对聚丙烯等塑料化学物质和生物可降解塑料有明显的降解效果，为降解混合塑料制品这一难题提供了希望；西班牙多个研究团队联合开发了一种能降解聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料和纳米塑料的人造蛋白质。

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2022年，世界卫生组织（WHO）发布了一份关于纳米塑料和微塑料颗粒 （NMP）对人类健康的潜在影响的报告，表示尽管目前没有令人信服的证据证明微塑料是不利于人体健康的，但公众意识不断提高，所有利益相关方都认为塑料不属于环境，应采取措施减少接触。

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治理微塑料需要关注的不仅是末端处理问题，而是塑料的全生命周期管理。2021年，国家发展改革委、生态环境部制定了《“十四五”塑料污染治理行动方案》，方案指出要积极推动塑料生产和使用源头减量，加快推进塑料废弃物规范回收利用和处置，大力开展重点区域塑料垃圾清理整治。

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塑料污染亟需解决方案和相关政策的出台。2022年，联合国环境大会续会通过了《终止塑料污染决议（草案）》，指出到2024年达成一项具有国际法律约束力的协议，涉及塑料制品生产、设计、回收和处理等整个生命周期，旨在推动全球治理塑料污染。

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