政大大學報

過濾塑膠微粒 清大仿生設計護海洋環境

【記者賴辰瑀綜合報導】意識到海洋中塑膠微粒易危害生物與環境,國立清華大學跨領域學生團隊設計作品「Heart Of Ocean」,模擬生物的功能及構造,發想出可以過濾海洋塑膠微粒的系統,盼歸還海洋一個無污染的環境。團隊在作品於4月獲獎後繼續對此作出改良,希望將系統搜集塑膠微粒的範圍變得更精確,並於7月獲「2019年全球仿生設計競賽(2019 Biomimicry Global Design Challenge)」國際賽佳作。

國立清華大學跨領域學生團隊設計出能夠在海洋中過濾塑膠微粒的系統。 圖/陳政佑提供

此發想設計集結生物構造,模仿大王蓮的氣室用以支撐系統本體,接著學習心臟瓣膜單一方向流通的特性,控制水流進出方向,藉此將海水引進系統。系統表面模擬防生物附著的豬籠草表皮,內部則以公蛾觸角、海樽的過濾構造打造範本,以篩選海中的浮游物質,進而搜集塑膠微粒。團隊成員特別設計LED燈,希望藉由生物趨光的特性,阻止浮游生物被吸入過濾系統中。

然而,團隊意識到浮游生物依然會被吸進系統,因此在機器內部新增一個模擬「蝠鱝」的微流道腔室,蝠鱝為一種身體扁平的海中生物,微流道的發想結合蝠鱝鰓的構造,將大小相異的粒子引入不同流道,以精進系統搜集物質的準確率。此次改良也將藉由模仿豬籠草表面特殊奈米構造而得的液膜功能刪除,團隊成員林昀表示,因奈米結構成本昂貴,考量實際運用後決定去除此功能。

此系統頂端模擬大王蓮氣室的支撐功能,而錨沉入海底。上方設計LED燈吸引浮游生物,避免浮游生物進入過濾系統,藍色部分為過濾塑膠微粒的機器。 圖/陳政佑提供

團隊成員楊善雅表示,發想是最困難的部分,團隊需要從眾多仿生設計來源中,擷取最有效率的方式。例如他們起初想了許多仿生設計過濾系統,各個設計雖然相似,然而在應用上還是有些微不同,在眾多考量下,團隊決定運用海樽及公蛾觸角來做過濾系統的範本。清大生命科學院分子醫學研究所所長、指導老師焦傳金說明,仿生科技使跨領域學生團隊將學習過程中的知識整合成實體作品,未來也希望大力推廣仿生應用跨校合作,聚集更多青年運用所學。

為了讓作品更符合實際需求,團隊也向黑潮海洋文教基金會請教全台海域塑膠微粒的比例,團隊成員葉庭渝補充,除了塑膠微粒的密度外,也須參考當地氣候與海洋狀況,才可評估系統的放置地點。然此發想目前尚未有實體成品,外加海洋變數大,未能確認裝置成效,因此黑潮海洋文教基金會研究員溫珮珍說明,若此系統能夠放置在較淺、較窄的河流中,將會帶來非常大的幫助。

台灣海域塑膠微粒分布的密度,其中西南海岸與東北角為最多塑膠微粒的區域。 圖/黑潮海洋文教基金會提供