Un gruppo di scienziati della Repubblica Ceca ha sviluppato uno sciame di microrobot magnetici in grado di catturare e rimuovere fino al 94% delle particelle di polistirene presenti nell’acqua. Nei test di laboratorio, il sistema ha raggiunto risultati interessanti anche nel suolo, dove ha eliminato fino all’81% del polistirene e il 72% del PET. La ricerca propone un approccio diverso rispetto ai sistemi tradizionali di filtrazione: invece di aspettare che le particelle inquinanti raggiungano un filtro, i microrobot si muovono attivamente nell’ambiente contaminato per intercettarle.
I risultati principali:
Gli esperimenti sono stati condotti utilizzando due materiali plastici molto diffusi: polistirene e tereftalato di polietilene, noto come PET.
In acqua, i microrobot hanno rimosso:
circa il 94% delle particelle di polistirene;
circa l’89% delle particelle di PET.
Nel suolo sperimentale, l’efficacia è stata più contenuta, ma comunque significativa:
circa l’81% del polistirene;
circa il 72% del PET.
Nel caso dell’acqua, i risultati sono stati ottenuti in circa un’ora. Si tratta tuttavia di dati raccolti in condizioni controllate di laboratorio, molto diverse da quelle di un fiume, di un campo agricolo o di un impianto di trattamento reale.
Perché i microplastiche sono così difficili da rimuovere
Con il termine microplastiche si indicano generalmente le particelle di plastica con dimensioni inferiori a cinque millimetri. Possono derivare dalla frammentazione di oggetti più grandi oppure essere rilasciate direttamente da prodotti industriali e di consumo.
Tra le principali fonti ci sono:
il deterioramento di imballaggi e manufatti plastici;
l’usura degli pneumatici;
vernici e rivestimenti;
tessuti sintetici;
materie prime e pellet industriali;
processi di lavorazione della plastica.
Il problema non riguarda soltanto mari e oceani. Le microplastiche possono accumularsi anche nei terreni, mescolandosi con minerali e materia organica. Possono inoltre spostarsi attraverso l’acqua e penetrare nei micropori del suolo.
Raccogliere frammenti di plastica visibili su una spiaggia è relativamente semplice. Individuare e recuperare particelle microscopiche intrappolate tra le componenti di un terreno è invece molto più complesso.
Come funzionano i microrobot
Le minuscole strutture sviluppate dai ricercatori sono basate sui MXene, una famiglia di materiali bidimensionali costituiti da strati estremamente sottili.
Questi materiali presentano una superficie specifica elevata e proprietà chimiche che favoriscono l’interazione con le sostanze contaminanti. Per rendere le strutture controllabili dall’esterno, gli scienziati hanno incorporato nanoparticelle magnetiche di nichel.
Quando viene applicato un campo magnetico rotante, i microrobot iniziano a ruotare e a spostarsi nell’ambiente circostante. Non possiedono motori, batterie o sistemi elettronici miniaturizzati: l’energia e il controllo del movimento arrivano direttamente dal campo magnetico esterno.
Questo consente di controllare contemporaneamente numerose particelle senza dover alimentare ciascun microrobot individualmente.
Un materiale adsorbente che non resta fermo
I materiali adsorbenti tradizionali dipendono soprattutto dal movimento naturale dell’acqua o dalla probabilità che l’inquinante raggiunga la loro superficie.
I microrobot introducono una differenza importante: possono muoversi attivamente verso le particelle di plastica. Durante il loro percorso, la superficie dei MXene interagisce con i microplastiche e le trattiene.
Una volta completata la fase di cattura, un campo magnetico può concentrare e recuperare insieme i microrobot e la plastica accumulata sulla loro superficie.
Il processo sperimentale può essere riassunto in tre fasi:
introduzione dei microrobot nell’acqua o nel terreno contaminato;
movimento controllato mediante campi magnetici rotanti;
recupero magnetico delle particelle dopo la cattura delle microplastiche.
Nel suolo, il sistema può muoversi attraverso i microscopici spazi occupati dall’acqua, raggiungendo particelle rimaste intrappolate tra minerali e materia organica.
Il suolo potrebbe essere l’applicazione più interessante
Gran parte delle tecnologie studiate per affrontare le microplastiche è stata progettata per l’acqua. Filtri, membrane, processi di coagulazione e sistemi di separazione possono essere utilizzati, almeno in determinate condizioni, negli impianti di trattamento.
Il suolo presenta invece difficoltà molto maggiori. Per bonificarlo, spesso sarebbe necessario scavare, trasportare e trattare grandi quantità di terreno, con costi elevati e possibili danni all’ecosistema.
Una tecnologia capace di muoversi nei microambienti umidi del suolo potrebbe permettere di intervenire in aree specifiche senza dover rimuovere enormi volumi di terra.
Gli scenari potenziali includono:
terreni vicini a impianti industriali;
sedimenti contaminati;
aree interessate da sversamenti;
zone in cui vengono manipolati materiali plastici;
bacini e canali con contaminazione localizzata.
Per ora, però, si tratta di possibili applicazioni future. Gli esperimenti non dimostrano ancora che il sistema possa operare con la stessa efficacia in ambienti naturali.
Dal laboratorio a un fiume il passaggio è complesso
Un’efficienza superiore al 90% è certamente promettente, ma deve essere interpretata con cautela.
Un campione preparato in laboratorio è molto più semplice di un ambiente reale. In un fiume, in un terreno agricolo o in una zona umida sono presenti argille, sali, materia organica, microrganismi, radici, correnti e numerose particelle naturali che possono interferire con il comportamento dei microrobot.
Anche la concentrazione delle microplastiche cambia radicalmente. Quando le particelle sono molto disperse, potrebbe essere necessario utilizzare grandi quantità di materiale e di energia per recuperare ogni grammo di plastica.
La vera prova consisterà quindi nel determinare quanta acqua o quanto terreno potrà essere trattato con una quantità specifica di microrobot e con quale consumo energetico.
Recuperare i microrobot sarà essenziale
La possibilità di controllare e recuperare magneticamente il sistema rappresenta uno dei suoi principali vantaggi, ma anche una delle sfide più importanti.
I microrobot contengono nichel e materiali di dimensioni micro e nanometriche. Se venissero dispersi nell’ambiente senza poter essere recuperati efficacemente, il trattamento potrebbe trasformare un problema in un altro.
Prima di un’eventuale applicazione su larga scala sarà quindi necessario valutare:
la stabilità chimica dei materiali;
il rischio di rilascio di metalli;
la possibile tossicità per gli organismi;
l’efficienza del recupero magnetico;
la capacità di riutilizzare i microrobot;
il comportamento dopo numerosi cicli di funzionamento;
la gestione della plastica catturata.
La sostenibilità del sistema dipenderà non solo dalla quantità di microplastiche rimosse, ma anche dalla possibilità di rigenerare e riutilizzare i microrobot.
Non una soluzione per ripulire tutti gli oceani
L’applicazione più realistica non sembra essere il rilascio di grandi quantità di microrobot negli oceani. L’estensione del mare, la bassa concentrazione delle particelle in molte aree e la difficoltà di recuperare ogni elemento renderebbero un simile approccio difficile da controllare.
Potrebbero essere più adatti ambienti confinati e monitorabili, come:
impianti di trattamento delle acque reflue;
scarichi industriali;
acque di processo;
serbatoi e vasche;
canali;
sedimenti confinati;
terreni contaminati di dimensioni limitate.
In futuro si potrebbero progettare sistemi chiusi nei quali l’acqua viene fatta circolare attraverso camere sottoposte a campi magnetici. I microrobot catturerebbero le particelle e verrebbero poi separati e recuperati prima che l’acqua torni nel processo produttivo o venga reimmessa nell’ambiente.
Il legame con le nuove regole europee
La ricerca si inserisce in un contesto europeo sempre più attento alla riduzione dell’inquinamento da microplastiche.
L’Unione europea punta a ridurre del 30% le emissioni di microplastiche nell’ambiente entro il 2030. Dal 2023 sono inoltre in vigore restrizioni, nell’ambito del regolamento REACH, sui microplastiche aggiunti intenzionalmente ad alcuni prodotti.
Nel 2025 è stato introdotto anche un regolamento specifico per limitare la dispersione dei pellet plastici durante la produzione, la manipolazione e il trasporto. Le nuove misure riguardano, tra gli altri soggetti, le strutture che gestiscono almeno cinque tonnellate di pellet all’anno.
La distinzione è importante: i microrobot potrebbero aiutare a gestire una contaminazione già presente, ma la prevenzione resta molto più efficace che tentare di recuperare milioni di particelle dopo la loro dispersione.
Il precedente dei pellet sulle coste spagnole
La difficoltà di gestire le particelle plastiche disperse è emersa con particolare evidenza dopo la perdita di un carico della nave Toconao, avvenuta al largo delle coste portoghesi alla fine del 2023.
Uno dei container conteneva circa 1.000 sacchi da 25 chilogrammi, per un totale di circa 25 tonnellate di pellet. Le particelle raggiunsero le coste della Galizia e successivamente altre aree.
L’episodio ha mostrato quanto sia complicato raccogliere anche materiali più grandi delle microplastiche quando vengono dispersi lungo molti chilometri di costa. Quando la plastica si frammenta ulteriormente, il recupero diventa ancora più difficile.
Sistemi di separazione magnetica potrebbero trovare in futuro un impiego soprattutto nei punti di contaminazione localizzata, prima che il materiale si disperda ulteriormente nell’ambiente.
Le sfide ancora aperte
Gli esperimenti hanno utilizzato polistirene e PET, ma le microplastiche presenti nell’ambiente sono molto più varie. Comprendono polietilene, polipropilene, poliammidi, fibre di poliestere, residui di pneumatici, vernici e polimeri alterati dalla luce solare.
Anche la forma delle particelle può cambiare: esistono fibre, frammenti irregolari, pellicole e particelle estremamente piccole. Inoltre, la plastica che rimane a lungo nell’ambiente può ricoprirsi di microrganismi e materia organica, modificando le sue proprietà superficiali.
I prossimi studi dovranno quindi verificare se i microrobot manterranno la loro efficacia in presenza di miscele più realistiche e di contaminanti invecchiati.
Una tecnologia promettente, ma ancora sperimentale
Il principale elemento innovativo del sistema è la combinazione tra capacità adsorbente e movimento controllato. I microrobot non si limitano a offrire una superficie a cui la plastica può aderire: si spostano nel mezzo contaminato, aumentano le probabilità di contatto e possono poi essere recuperati magneticamente.
Il risultato è particolarmente interessante per la bonifica di suoli e sedimenti, ambienti nei quali i sistemi di filtrazione convenzionali sono poco pratici.
Tuttavia, il percorso verso un’applicazione reale è ancora lungo. Sarà necessario dimostrare che i microrobot possono essere recuperati quasi completamente, riutilizzati per numerosi cicli, impiegati senza effetti tossici e prodotti a costi sostenibili.
La ricerca non offre ancora una soluzione definitiva al problema globale delle microplastiche. Indica però una direzione nuova: trasformare un materiale adsorbente passivo in uno strumento mobile, controllabile e potenzialmente riutilizzabile.
