We kennen allemaal de plasticsoep, de vervuilde stranden en de schildpadden met plasticzakken in hun maag, maar wat niet iedereen weet, is dat er ook veel plastic op de zeebodem ligt tussen koraal en onder rotsen. Om dat op te ruimen zijn er kleine robotjes ontwikkeld.

Het is erg lastig om die kleine plasticdeeltjes te pakken te krijgen als ze zich in alle hoeken en gaten op de bodem van zeeën, rivieren en havens nestelen. Chinese onderzoekers hebben daarom een door licht geactiveerd visrobotje ontwikkeld, dat rondzwemt en microplastics oppikt en meeneemt, zo schrijven de wetenschappers in wetenschappelijk tijdschrift Nano Letters van ACS.

Parelmoer
Het unieke van de robotjes, die eruit zien als vissen, is het materiaal dat is gebruikt. Eerder werd er gewerkt met hydrogels en elastomeren, maar die raken gemakkelijk beschadigd op de ruwe zeebodem. Een beter materiaal zou parelmoer zijn, schrijven de onderzoekers. Dit is sterk en flexibel en zit aan de binnenkant van schelpen. Parelmoer bestaat uit verschillende lagen calciumcarbonaat met daar tussenin steeds een laagje van onder meer zijdeachtige proteïnen. Deze structuur maakt het materiaal zowel sterk als veerkrachtig.

Daardoor geïnspireerd wilden onderzoeker Xinxing Zhang en zijn collega’s voor de flexibele visrobots een soortgelijke structuur ontwikkelen, die duurzaam en buigzaam is. De onderzoekers voegden β-cyclodextrine-moleculen en gesulfoneerd grafeen samen, waardoor hele sterke, dunne laagjes ontstonden. Die werden afgewisseld met lagen van een mengsel van polyurethaan (PU) en latex. Net als parelmoer werd zo het materiaal van de visrobot laag voor laag opgebouwd. Het robotje is 15 millimeter lang. Het snel in- en uitschakelen van een infraroodlaser bij de staart van de vis zorgt ervoor dat die beweegt en de robot voortstuwt.

Het visrobotje in actie. Foto: Nano Letters 2022

Net zo snel als fytoplankton
De robot kan zich met 2,67 lichaamslengtes per seconde verplaatsen. Dat is veel sneller dan de al bestaande visrobots en ongeveer net zo snel als fytoplankton. De onderzoekers toonden aan dat de zwemmende visrobot meermaals microplastics adsorbeerde en zo mee kon nemen naar elders, waar het werd opgeruimd. Het materiaal werkt bovendien zelfhelend als het is beschadigd. De duurzaamheid en snelheid van de visrobot maken hem volgens de onderzoekers geschikt om de zeebodem te monitoren en plastic dat hij tegenkomt op zijn weg mee te nemen, met name in barre omstandigheden op zee.

Of het daadwerkelijk een oplossing is voor het plastic op de zeebodem is nog afwachten. Professor Bart De Schutter van de TU Delft vertelt aan Scientias.nl dat de schaalbaarheid lastig zal zijn. “Je hebt heel veel robotjes nodig om echt veel microplastics op te kunnen ruimen.”

SeaClear-project
Zelf werkt hij met een team van onder meer de TU Delft aan een andere methode om plastic op de zeebodem te verzamelen op een volledig autonome manier. Het Chinese project kan daar ‘een mooie aanvulling’ op zijn, aldus De Schutter. Zijn SeaClear-project richt zich op grotere stukken plastic. “We proberen het op te ruimen nog voor het uit elkaar valt in microplastics.”

Het project bestaat uit een moederschip en twee onderwaterrobots. De ene is een verkenningsrobot, die de zeebodem afspeurt naar plastic en de andere ruimt afval, zoals flesjes en blikjes op. Een drone zoekt vanuit de lucht naar plastic, mits het water helder genoeg is. De onderwaterrobot ruimt dan het plastic op dat de drone signaleert. “De onderwaterrobot heeft grijpers met een roosterstructuur, zodat het plastic wordt vastgehouden, maar vissen en andere zeedieren er weer uit kunnen zwemmen”, legt De Schutter uit.

Troebel water
De robot brengt het plastic naar een container die zich eveneens op de bodem bevindt en signalen uitzendt, zodat de robot hem kan vinden. “Er is al een test geweest in Dubrovnik, waar het water erg helder is en de drone dus vanuit de lucht veel plastic kon opsporen”, vertelt de professor. “Daarnaast is het systeem onlangs getest in Hamburg waar het water juist erg troebel is. Door de modder bedroeg het zicht soms hooguit een paar centimeter. De sonar moest helpen om het plastic op te sporen, maar het systeem bleek in dit type water vooral geschikt voor metalen”, legt hij uit. “Daarom wordt er nu gezocht naar een oplossing om ook in troebel water plastic te kunnen opruimen. Gedacht wordt aan een combinatie van methodes.” Het team van SeaClear deed in Hamburg verder nog onderzoek naar de mate waarin de onderwaterrobot de container terug kon vinden om het plastic in te stoppen.

Toeristische gebieden
Het SeaClear-project is vrijwel uniek. Er is nog één ander project dat juist echt grote troep opruimt, maar dat menselijke tussenkomst vereist, en er zijn nu dus de Chinese visrobotjes, die zich op de microplastics richten. “Uiteindelijk moet het systeem verhuurd worden aan toeristische gebieden en havens, zodat die weer schoon kunnen worden”, aldus De Schutter, die uitlegt dat er bij de laatste tests veel aandacht was van media en andere geïnteresseerden. “Er volgt nog een test in Marseille en daarna nog demonstraties in Hamburg en Dubrovnik.” En dan kunnen de onderwaterrobots echt aan het werk.

Hoeveel plastic zit er in zee?
De schattingen over de hoeveelheid plastic in zee lopen uiteen. National Geographic schrijft dat het plasticafval dat jaarlijks in de wereldzeeën belandt in 2040 is verdrievoudigd tot 29 miljoen ton per jaar. In 2015 zou zich ongeveer 150 miljoen ton plastic in het zeewater bevinden. Dat zou in 2040 oplopen tot 600 miljoen ton. Enkel in de oceanen zit 26 tot 66 miljoen ton plastic. 94 procent daarvan bevindt zich op de bodem. Het Wereld Natuur Fonds stelt dat er per uur een hoeveelheid plastic in zee belandt waar je elf zwembaden mee kunt vullen.