Liten NTNU-robot gjør det enklere å samle mikroplast fra havet
Biologer og kybernetikere ved NTNU har bygget en smart robot. Den er kjapp og rimelig i drift, og kan blant annet ta prøver av mikroplast og måle tettheten av lakselus.
Sjøvannet kan virke fritt for mikroplast om du bare studerer en liten prøve. Men nå får forskere hjelp til å sjekke større områder.
«Pamela» er et ubemannet overflatefartøy (USV). NTNU-ere har utviklet roboten for å kunne samle inn mange ulike partikler som finnes i vannoverflaten, alt fra mikroplast til plankton og lakselus.
USV-en er resultat av et tverrfaglig samarbeid mellom doktorgradskandidat Andrea Faltynkova fra Institutt for biologi og Artur Zolich, postdoktor ved Institutt for teknisk kybernetikk.
- Les også: Naturperle ødelegges av plast
Å studere mikroplast blir enklere
Faltynkova studerer mikroplast i havet. Mikroplast er biter av plast som er mindre enn 5 millimeter.
Forskere vet at mikroplast kan ha negative effekter på livet i havet og ferskvann, men vi vet mindre om hvordan den påvirker menneskers helse.
Å studere mikroplast er vrient fordi den kommer i så mange varianter.
– Mikroplasten er så heterogen. Det er en stor, mangeartet gruppe med partikler. I tillegg er den også ujevnt distribuert i vannmassene, sier Faltynkova.
- Les også: Du kan umulig vite om plasten er farlig
Et velkomment framskritt
– Mikroplast er ikke som andre typer oppløste forurensninger som vi kan oppdage selv om vi bare ser på små mengder med vann eller jord. Om du tar en liter med sjøvann og det ikke er noe plast i den, kan du da konkludere med at det ikke er noe plast i havet? spør hun.
En vanlig fremgangsmåte i dag er å dra ut med båt og samle inn prøver noen ganger. Deretter forsøker forskerne å konkludere basert på hvor mye plast det har samlet inn.
– Men vi har egentlig ingen mulighet for å vite hvor gode estimatene er, sier Faltynkova.
Andrea Falktynkova studerer mikroplast. Her er hun på feltarbeid. Foto: Privat
Det gjør at fartøyet på størrelse med en liten robotstøvsuger er et spesielt velkomment fremskritt for dem som tar prøver av mikroplast.
- Les også: De tjuvlytter på hvaler i Arktis
Benytter hyperspektral avbildning
Faltynkovas hovedforskningsprosjekt er å tilpasse og utvikle en teknikk som kalles hyperspektral avbildning for å identifisere og telle mikroplast.
Hyperspektral avbildning er en teknologi som ble utviklet på midten av 1980-årene for å studere jorda fra fly eller verdensrommet. I dag brukes den til alt fra å studere skipsvrak til å identifisere ulike typer vev hos mennesker.
Resirkuleringsindustrien bruker teknologien for å skille plast. Det gjør den til et perfekt redskap for å studere mikroplast.
Den nye metoden legger vekt på enkelhet og fart. Alt Faltynkova trenger å gjøre er å ta et bilde av prøvene med et hyperspektralt kamera. Resten av jobben gjøres av datamodellene som hun har bygget for å prosessere bildene.
NTNUs superdatamaskin Idun prosesserer store mengder data for å avgjøre hva slags typer plast som er fanget opp i en prøve. Men så er det om å gjøre å samle inn nok prøver fra havet sånn at Faltynkova kan si noe fornuftig om hva hun egentlig har samlet inn.
Det er her roboten Pamela kommer inn.
Kombinerer rask analyse med rask innsamling
Å samle inn mikroplast betyr oftest å dra et nett bak en båt ved svært lav hastighet. Dette er både dyrt og tar lang tid.
Men Faltynkova kan studere mange prøver fordi Pamela samler dem inn så raskt, lett og effektivt. Pamela koster lite og kan jobbe selvstendig.
– Jeg prøver å koble rask analyse ved hjelp av hyperspektral avbildning med en metode som gir mulighet for å samle inn prøver raskt, sier Faltynkova.
– Sammen vil dette gi oss større mulighet for å kartlegge og overvåke plastforurensning effektivt.
- Les også: Slik får barna i seg mindre mikroplast
Kan følge planlagt rute
Pamela holdes oppe av to oransje bøyer, akkurat som dem fra den populære tv-serien Baywatch.
– Pamela kan følge en forhåndsprogrammert rute uten at forskere må følge med eller styre fartøyet mens det gjør jobben sin, sier Zolich, som fant opp roboten.
Sånn ser Pamela ut i aksjon. Her samler roboten inn lakselus i Hardangerfjorden. Foto: NTNU
Samarbeidet mellom Faltynkova og Zolich ble initiert av NTNU-biologen Geir Johnsen, og har vært støttet av Tor Arne Johansen ved Institutt for teknisk kybernetikk. Johnsen og Johansen er begge sentrale forskere ved Senter for autonome marine operasjoner og systemer (AMOS) ved NTNU.
Innovasjon som løser problemer
– Jeg liker å bygge ting som løser et problem, sier Zolich. I flere år jobbet han i industrien før han kom tilbake til akademia for å ta en doktorgrad og deretter bli postdoktor.
– I dette tilfellet var problemet som skulle løses å hjelpe Faltynkova med å samle inn mikroplast.
Pamela er designet for å møte behovene til dem som skal bruke den, og roboten blir fortsatt endret – basert på responsen fra de første brukerne.
Den avanserte maskinen bruker rimelige, lett tilgjengelige komponenter der dette er mulig, og bruker prototypekomponenter for deler som må tilpasses spesielt for roboten. Det gjør at den er både lett å bruke og lett å gjøre bedre.
Pamela har fått navn etter de to oransje Baywatch-bøyene som ble berømt på grunn av stjernen Pamela Anderson. Foto: NTNU
– Fartøyet er bygget opp av moduler, slik at det kan tilpasses og spesialiseres på flere måter alt etter hva forskerne vil samle inn, forklarer Zolich.
- Les også: Plast lekker giftstoffer
Kan styres fra avstand
Blant de andre fordelene med fartøyet er at det kan styres på avstand og operere uavhengig av en båt. Det betyr samtidig at det ikke blir noen båtvake som kan forstyrre evnen det har til å samle inn vannprøver.
Pamela kan også lett brukes av forskere som drar til fjerne steder. Det passer i bagasjen de sjekker inn, og batteriene kan tas med på flyet, så forskerne trenger ikke å bekymre seg for at de må sende utstyret på forhånd.
Roboten er utviklet ved hjelp av et stipend på 200.000 kroner fra NTNUs Technology Transfer Office (TTO).
De siste seks månedene har Zolich og Faltynkova jobbet sammen med en gruppe fra TTO for å undersøke markedspotensialet til USVen, opphavsrettigheter, robotdesign og markedsstrategier.
Flere bruksområder og internasjonal interesse
Da Faltynkovas kolleger innenfor marinbiologi så Pamela, begynte de umiddelbart å spørre om den kunne tilpasses deres eget arbeid. Hun bruker teknologien for å taue en type nett som biologer ofte bruker, et plankton-nett.
Da hun snakket med kollegaene, ble de straks nysgjerrige på nyvinningen og spurte for eksempel om:
Jeg bruker også plankton-nett. Kan jeg bruke det til å samle inn lakselus? Kan jeg bruke det til å samle inn planteplankton? Eller dyreplankton?
Her er et eksempel på sånt som Pamelas nett kan samle inn. Det biologiske materialet kan vaskes vekk, slik at mikroplasten kan fotograferes ved hjelp av et hyperspektralt kamera. Foto: Andrea Faltynkova, NTNU
Roboten ble offisielt presentert for et bredt publikum under det niende Norwegian Environmental Toxicology Symposium og på en workshop for forskere som jobber med mikroplast i Athen i Hellas.
Forskerne har også blitt kontaktet av internasjonale grupper som er interessert i teknologien.
Samler også inn lakselus
For tiden tester forskere om Pamela kan samle inn lakselus som en del av en større studie ved NTNU og Norsk institutt for naturforskning (NINA).
Forskerne, inkludert professor Bengt Finstad og doktorgradskandidat Nathan Mertz, har utviklet en passiv innsamlingsmetode for å se på konsentrasjoner av larver av lakselus. Dette er stadiet der de sprer seg mest effektivt.
Zolich endret Pamela slik at roboten også kan samle inn lakselus og jobbe sammen med forskerne.
– Vi ser at roboten vår reduserer utgiftene til innsamling i felten, og forbedrer forskningskvaliteten ved å gi flere prøver, sier Zolich.
– Vi er veldig åpne for å utvide samarbeidsnettverket vårt og leter aktivt etter forskere og institusjoner som har lyst til å prøve roboten vår i arbeidet sitt.
Du kan lese mer om Pamela her.
Referanse: Faltynkova, Andrea; Johnsen, Geir; Wagner, Martin. (2021) Hyperspectral imaging as an emerging tool to analyze microplastics: A systematic review and recommendations for future development. Microplastics and Nanoplastics. vol. 1 (13).
