球形机器人身披“纳米银甲”，潜入水中杀菌如麻，德国普朗克研究所打造净水神器

2017-07-04 18:48来源:麻省理工科技评论

原标题：球形机器人身披“纳米银甲”，潜入水中杀菌如麻，德国普朗克研究所打造净水神器

水资源短缺一直是一个限制经济和社会发展的致命难题。但大家也许有所不知的是，造成短缺的原因并非是水资源本身的匮乏，而是严重的水污染导致可利用的水资源变得弥足珍贵。

图丨新发明的微型机器人在水中游动

众所周知，机器人变革着人类社会，而微型机器人或许能为我们在污水中清除污染物和致病菌。就在几天前，这类机器人已经不再是天马行空了！刊登在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志上的一项最新发明用简单的化学方法将其变为了现实。

该发明团队源于德国马克思普克朗研究所的智能系统研究部门（Max-Planck Institute for Intelligent Systems）。马克思普克朗研究所以德国物理学家马克思·普克朗命名，出过 33 位诺奖得主，以及各领域精英，也为我国培养了一批科研大牛。形象的说，马普所是欧洲学术诸神的老巢。

而微型机器人的研究由两位科学家 Diana Vilela 和 Samuel Sánchez Ordóñez 所领导。他们对受污染的水资源有着创新性的见解。

图丨马克思普克朗研究所的智能系统部门。马克思普克朗学会出过33位诺奖得主，以及各领域精英，也为我国培养了一批科研大牛

应对受污染的水源，传统的做法往往是使用氯或者其它消毒剂来进行消毒，但这样一来，固然细菌是可以被杀死，但它们的遗体仍旧会留存在水中，而且高浓度消毒剂所产生的副作用也会对人体造成一定的危害。

于是，研究人员想到了近年来在环境科学领域表现不凡的微型马达 (micromotor)，它们利用简单的分子系统或化学机制，能够环境中实现自我推动。稍加改造，就可以制造出在水中吸附有机物、重金属等污染物质简单灵巧的微型机器人。

图丨纳米银微型机器人想象图

研究团队于是设计了这款具有纳米银涂层的球状微型机器人（Janus microbots decorated with silver nanoparticles）。

简而言之，这是一个直径为 15 微米的球状颗粒，它的一侧表面为镁，用于与水反应产生氢气小气泡来推动整个机器人的行进。而另外一面则依次附上了铁涂层、金涂层，和最表面的纳米银粒子，细菌一旦附着于球体表面，就会具有杀菌功效的纳米银杀死。

视频丨ACS Applied Materials & Interfaces对纳米银微型机器人的简介

实验室的测试表明，机器人能在水中工作 15 至 20 分钟，能够清除 80% 以上的大肠杆菌。大肠杆菌是科学家研究最透彻的一种细菌，也是人体器官中多种感染的致病菌之一，在食物和水体中常见。所以，我们需要找到清除该类细菌的高效方法。

同时，在使用结束之后，操作人员可以很方便的用磁铁将这些机器人从水中取出，也能顺便把死去的细菌脱出水体。

图丨大肠杆菌电镜照片

那么这种微型机器人到底是如何工作的呢？它如何实现自我推动？如何实现杀菌？

正如上文所述，机器人的“推动燃料”是其尾部的金属镁。在水中，镁会与水分子反应生成镁离子、氢氧根和氢气，其化学式如下（初中内容，大家可以感受一下有多简单）。接着，这些氢气会以小气泡的形式从球体机器人尾部冒出来，从而推动机器人无规则游动。