หุ่นยนต์จิ๋วสำหรับกำจัดกากกัมมันตรังสีในแหล่งน้ำ

           รอบตัวเรามีหลายสิ่งหลายอย่างที่เล็กจนไม่สามารถหยิบจับหรือคับแคบจนไม่สามารถเข้าไปได้ ในเมื่อของชิ้นใหญ่มีข้อจำกัด ทางออกก็หนีไม่พ้นการย่อของชิ้นใหญ่ให้เล็กลง นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์หลายท่านได้จินตนาการถึงหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ถูกสร้างขึ้นสำหรับปฏิบัติภารกิจในที่แคบ และนิยายวิทยาศาสตร์ที่ทำให้แนวคิดนี้ได้รับความสนใจเป็นวงกว้างก็คงหนีไม่พ้นเรื่อง Fantastic Voyage ของ Isaac Asimov ซึ่งเป็นเรื่องราวของนักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งที่ต้องใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยย่อตัวของพวกเขาให้เล็กลงแล้วขึ้นบังคับเรือดำน้ำขนาดจิ๋วเพื่อเดินทางเข้าไปในร่างกายของบุคคลสำคัญคนหนึ่งผ่านทางเส้นเลือดและช่วยเขาให้พ้นจากอันตราย


          หลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยจากสถาบันทางวิชาการหลายแห่งได้พัฒนาหุ่นยนต์ทางการแพทย์ขนาดเล็ก (Medical Microbots) สำหรับรักษาคนไข้ เช่น การปล่อยยาเฉพาะจุด การทำลายเซลล์มะเร็ง รวมถึงการรักษาเส้นเลือดอุดตัน งานวิจัยเหล่านี้ทำให้จินตนาการบนหน้ากระดาษกลายเป็นความจริงที่จับต้องได้ อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ของหุ่นยนต์จิ๋วเหล่านี้ไม่ได้ถูกจำกัดอยู่เฉพาะทางการแพทย์เท่านั้น


          อย่างที่ทราบกันว่าพลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานที่มีประสิทธิภาพและมีบทบาทสำคัญในการลดการปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจก แต่บางครั้งเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ก็ทำงานผิดพลาดจนส่งผลให้เกิดการปนเปื้อนทางรังสีในสิ่งแวดล้อมเหมือนที่เคยเกิดขึ้นที่เชอร์โนบิลและฟุกุชิมะ โดยเฉพาะการปนเปื้อนในแหล่งน้ำซึ่งเป็นสายธารหล่อเลี้ยงชีวิตของมนุษย์และสัตว์ยิ่งต้องให้ความสำคัญและหาทางจัดการการปนเปื้อนให้มีประสิทธิภาพมากที่สุด


          ปลายเดือนตุลาคมที่ผ่านมา คณะวิจัยของ Martin Pumera ได้เผยแพร่งานวิจัยชื่อ Radioactive Uranium Preconcentration via Self-Propelled Autonomous Microrobots Based on Metal–Organic Frameworks ลงในวารสาร ACS Nano ซึ่งงานวิจัยดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการพัฒนาหุ่นยนต์จิ๋วสำหรับกำจัดกากกัมมันตรังสีที่ปนเปื้อนอยู่ในแหล่งน้ำ            งานวิจัยดังกล่าวเป็นการพัฒนาหุ่นยนต์ขนาดจิ๋วจากโครงสร้างทางเคมีที่มีชื่อว่า Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8) หุ่นยนต์นี้ทำจากโครงสร้างโลหะอินทรีย์ (Metal-Organic Frameworks : MOFs) ซึ่งเป็นสารประกอบที่เต็มไปด้วยรูพรุนและสามารถใช้ดักจับสารกัมมันตรังสียูเรเนียมที่อยู่ในน้ำได้ โดยคณะวิจัยได้ออกแบบหุ่นยนต์ให้มีลักษณะเป็นแท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 ใน 15 ของเส้นผมมนุษย์ แล้วเพิ่มอะตอมของเหล็กกับอนุภาคนาโนของเหล็กออกไซด์เพื่อทำให้โครงสร้างมีความเสถียรและมีสมบัติทางแม่เหล็ก จากนั้นจึงใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจากอนุภาคนาโนของแพลตินัมซึ่งติดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของตัวหุ่นยนต์สำหรับเปลี่ยนเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในน้ำให้กลายเป็นฟองออกซิเจน ทำให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยความเร็วประมาณ 860±230 ไมโครเมตรต่อวินาที หรือมากกว่า 60 เท่าของความยาวลำตัว


          จากการทดสอบด้วยแบบจำลอง คณะวิจัยพบว่าหุ่นยนต์จิ๋วเหล่านี้สามารถกำจัดกากกัมมันตรังสีที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำได้ถึง 96 เปอร์เซ็นต์ภายในหนึ่งชั่วโมง และมีข้อดีคือเมื่อเสร็จสิ้นการใช้งานก็สามารถเก็บหุ่นยนต์กลับคืนโดยใช้แม่เหล็กเป็นตัวล่อ จากนั้นทำความสะอาดยูเรเนียมบนตัวหุ่นยนต์ ก่อนนำไปใช้งานซ้ำได้           งานวิจัยชิ้นนี้เป็นการต่อยอดที่สร้างสรรค์และเปิดทางสู่ความเป็นไปได้ใหม่ๆ มากมาย ซึ่งพวกเราต้องเฝ้าดูว่าหุ่นยนต์จิ๋วเหล่านี้จะสามารถนำไปใช้ทำประโยชน์อะไรได้อีกในอนาคต และหากผู้อ่านท่านใดต้องการรับชมวิดีโอการทดลองก็สามารถเข้าไปชมได้ในคลิปนี้

 

อ้างอิงข้อมูลและภาพประกอบ

• https://phys.org/news/2019-10-microrobots-radioactive.html?fbclid=IwAR3gEKVCU_PPrx51oEYy8txnqlCth5T3d0Qakr1s0UOhbiG0t921SmXwjh4
• https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b04960?fbclid=IwAR1aKSMMmzV7TtL0H4Aa9EHQIcUyS_COe1OUfMsi_4ZS5XzWlz2NLcR22wc