Wykorzystanie żywych organizmów jako naturalnych bioczujników
Badanie stanu środowiska wodnego zwykle polega na gromadzeniu danych za pomocą czujników lub analizowaniu próbek w laboratoriach. Choć konwencjonalne metody są źródłem precyzyjnych i łatwo mierzalnych danych na temat stężeń metali ciężkich, poziomów chlorofilu oraz obecności pestycydów, korzystanie z nich bywa kosztowne i czasochłonne. Ogranicza to możliwość ich zastosowania do długoterminowych programów monitorowania.
Rozwiązania biohybrydowe i podejścia oparte na biomonitoringu
Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu Robocoenosis(odnośnik otworzy się w nowym oknie) postawił sobie za cel rozwiązanie tego problemu poprzez wykorzystanie żywych organizmów, takich jak małże i dafnie, w roli naturalnych czujników. Celem prac w ramach projektu było włączenie tych organizmów do konstrukcji urządzeń, które będą w stanie wykrywać zmiany środowiskowe i umożliwią ciągłe monitorowanie środowiska w czasie rzeczywistym. „W przeciwieństwie do okresowych analiz chemicznych, biomonitoring z wykorzystaniem żywych organizmów może być sposobem na bardziej kompleksową ocenę jakości wody”, wyjaśnia Wiktoria Rajewicz, przedstawicielka projektu Robocoenosis z ramienia Uniwersytetu w Grazu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Austrii. „Jest tak ze względu na fakt, że organizmy reagują na wiele czynników środowiskowych, nie zaś na pojedyncze parametry”. Zespół projektowy opracował systemy biohybrydowe, które opierają się na istniejących metodach biomonitoringu i rozwijają ich możliwości. „Projekt realizowany na taką skalę wymaga prób i błędów, dlatego opracowaliśmy wiele różnych prototypów”, mówi Rajewicz. „Połączyliśmy najnowsze osiągnięcia w dziedzinach inżynierii, biologii, robotyki i często stosowaliśmy nieszablonowe podejścia”. Zespół rozpoczął prace od wskazania organizmów, których zachowanie można przeanalizować, sklasyfikować i powiązać z czynnikami zewnętrznymi. Następnie opracowano prototypy w celu gromadzenia i rejestrowania danych, a także ich dopracowywania. Osiągi tych urządzeń biohybrydowych były testowane w zróżnicowanych środowiskach słodkowodnych, także podczas prób nocnych, które pozwalały na skuteczniejszą obserwację organizmów planktonicznych przyciąganych przez światło.
Precyzyjne monitorowanie zbiorników słodkowodnych
Przeprowadzone doświadczenia pomogły wykazać, że roboty biohybrydowe mogą stanowić nowy i przystępny cenowo sposób monitorowania zbiorników słodkowodnych. „Połączenie najnowocześniejszych komponentów i technik bezpośredniego monitorowania stanu wody to najważniejsze rezultaty projektu”, zauważa Rajewicz. „Metoda ta nie wymaga zapewnienia warunków laboratoryjnych i stanowi niezawodny system wczesnego ostrzegania przed zagrożeniami”. Zespół wykazał, że wykorzystując i udoskonalając czujniki wykorzystujące zwierzęta wodne, możliwe jest prowadzenie szybkich i dokładnych analiz środowiskowych. „Niezawodność tych rozwiązań wynika z dodatkowych analiz, które przeprowadzamy na surowych danych”, zauważa Rajewicz. „Oprócz gromadzenia informacji na temat środowiska, uzyskujemy również wgląd we wpływ otoczenia na żywe organizmy”.
Sektory akwakultury, czujników i robotyki
Dalsze prace obejmą komercjalizację opracowanych technologii i przeprowadzenie analiz rynkowych. „Działania te umożliwią wielu odbiorcom skorzystanie z rezultatów naszych prac. Ponadto mogą okazać się istotne w procesie sporządzania sprawozdań i monitorowania środowiska”, zauważa Rajewicz. Zespół projektu Robocoenosis uważa, że istnieje wiele sektorów, w których może znaleźć zastosowanie nowa technologia. Wśród nich można wymienić sektory akwakultury śródlądowej i morskiej, a także czujników i robotyki. Urzędy odpowiedzialne za bezpieczeństwo i ochronę zbiorników wodnych, a także badacze wód morskich i słodkich również mogą uznać te urządzenia za użyteczne. „Wdrożenie tego rodzaju rozwiązań pomiarowych przełoży się na sukces długotrwałych projektów w zakresie monitorowania chronionych siedlisk, gdzie działalność człowieka musi być ograniczona”, dodaje Rajewicz. Dobrą wiadomością jest to, że osiągnięcia projektu Robocoenosis będą nadal rozwijane w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu BioDiMoBot. Zespół będzie dalej udoskonalał przyjazne dla użytkowników końcowych narzędzia robotyczne, aby umożliwić kompleksowe badanie stanu środowiska.