海洋微塑料鏟除機(jī)器人目前仍處于研究和開發(fā)的早期階段，尚未在大規(guī)模商業(yè)市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用，大多數(shù)海洋微塑料鏟除機(jī)器人項(xiàng)目仍處于研究和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的階段。

　　隨著對(duì)海洋污染和塑料問題的日益關(guān)注，一些創(chuàng)新的機(jī)器人技術(shù)和設(shè)計(jì)理念已經(jīng)涌現(xiàn)在海洋清潔領(lǐng)域，其中包括采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、人工智能和自主導(dǎo)航系統(tǒng)等，更準(zhǔn)確地定位和收集微塑料。

　　而機(jī)器人形態(tài)也發(fā)生了較大改變，為適應(yīng)不同的海洋環(huán)境，小尺寸軟體機(jī)器人成為了主要的研究方向。同時(shí)為了機(jī)器人更有效地在海里工作，采用高效的能源存儲(chǔ)和利用可再生能源技術(shù)，以減少對(duì)外部電源的依賴也是海洋清潔機(jī)器人的重要進(jìn)步之一。

　　目前，海洋中的塑料清理設(shè)備主要采用拖網(wǎng)或搬運(yùn)的方式，用于收集和清除水中新增的塑料顆粒。

　　然而，這些設(shè)備存在一個(gè)問題，即它們無法有效地回收微塑料，因?yàn)槲⑺芰系某叽缦鄬?duì)較小。這些微小的塑料顆?？赡鼙晃眨⒆罱K進(jìn)入海洋生物的組織，從而進(jìn)入食物鏈。這種現(xiàn)象不僅可能對(duì)生物健康構(gòu)成問題，還有可能對(duì)人類的食品產(chǎn)生潛在的影響。

　　啟發(fā)源自蝸牛的獨(dú)特行為

　　該研究團(tuán)隊(duì)的靈感來源于夏威夷蘋果蝸牛(Pomacea canaliculate)，一種普通的水族蝸牛，主要棲息在淡水環(huán)境中，如湖泊、池塘和河流。夏威夷蘋果蝸牛通常呈褐色或金色，其螺殼呈扁圓形，具有獨(dú)特的螺旋紋路，成年個(gè)體的螺殼直徑可達(dá)幾厘米，而身體呈圓錐狀。

　　這種蝸牛通過其靈活的腳的波動(dòng)產(chǎn)生流動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)水面流動(dòng)，從而吸入漂浮的食物顆粒?？的螤柎髮W(xué)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)蝸牛的這一獨(dú)特行為進(jìn)行了深入研究，并將其原理應(yīng)用于海洋清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)中。

　　機(jī)器人原型可以采用了3D打印技術(shù)制造的柔性片材，具有類似于蝸牛腳部的螺旋結(jié)構(gòu)，這種柔性結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人能夠適應(yīng)水面的不規(guī)則形狀，并更容易穿越各種環(huán)境，包括微塑料聚集的區(qū)域。

　　研究團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)部分參考水下蝸牛通過其靈活的腳26、27上的波動(dòng)產(chǎn)生流動(dòng)的能力的啟發(fā)，在波動(dòng)器上產(chǎn)生行波。

　　盡管在封閉空間內(nèi)，移動(dòng)邊界是一種常規(guī)策略用于在液-氣界面附近驅(qū)動(dòng)流動(dòng)，但波蕩器的運(yùn)動(dòng)卻呈現(xiàn)出意外的結(jié)果：泵送并不與波速成正比，隨著波速的增加，我們觀察到表面浮子的平均運(yùn)動(dòng)呈非單調(diào)變化。

　　通過詳細(xì)測(cè)量速度場(chǎng)并結(jié)合潤滑理論的分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)管、重力和粘性力之間耦合問題在界面流體動(dòng)力學(xué)中的作用，非單調(diào)流動(dòng)直接取決于界面是否保持平坦或與波蕩器相位一致。

　　通過理論分析計(jì)算，團(tuán)隊(duì)成功預(yù)測(cè)了最大化泵浦效果的最佳波速，且該預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度吻合。

　　海洋機(jī)器人的未來之路在何方?

　　盡管理論上模擬蘋果蝸牛的方法可以解決海洋中微塑料的清潔工作，但海洋中運(yùn)行的機(jī)器人仍存在某些技術(shù)的限制。

　　其中，能源的供給就是擺在面前較大的問題之一。

　　由于海洋環(huán)境中的長時(shí)間運(yùn)行，海洋機(jī)器人通常依賴電池作為主要的能源源，電池壽命短容量低可能導(dǎo)致機(jī)器人無法完成長時(shí)間任務(wù)，需要頻繁充電或更換電池，增加了維護(hù)成本和操作復(fù)雜性。

　　而海洋中的機(jī)器人難以直接獲取電源，因此需要設(shè)計(jì)有效的能源充電或補(bǔ)給系統(tǒng)。

　　同時(shí)海洋機(jī)器人通常配備各種傳感器和通信設(shè)備，如何跨越水介質(zhì)的障礙，和陸地上的操作者們實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有效的通訊連接，使機(jī)器人更好地被控制，也是目前水中機(jī)器人需要迫切解決的問題。

　　但總體而言，這個(gè)受蝸牛啟發(fā)的機(jī)器人原型代表了科學(xué)家們?cè)趹?yīng)對(duì)全球環(huán)境問題方面的新嘗試，形態(tài)和運(yùn)動(dòng)原理是目前最容易針對(duì)水中機(jī)器人做出提升的方面。未來，仍需要更多領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)共同奉獻(xiàn)力量，才能使海洋清潔機(jī)器人實(shí)現(xiàn)商用。