可食用電池、感測器和致動器讓可食用機器人變成可能
想像一下,你叫了無人機送外賣,然後吃完食物後,把送外送的無人機當甜點吃掉。瑞士聯邦理工學院(EPFL)的科學家說,前者已經發生了一段時間,後者–可食用的機器人可能很快就會出現。科學家已經製造出了可食用的機器人零件。下一個挑戰是將它們整合在一起,製造整個機器人零食,可用於從提供醫療保健到監測環境等廣泛的應用領域。
EPFL智慧系統實驗室(LIS)主任達裡奧-弗洛雷諾(Dario Floreano)說:「將機器人和食物結合在一起是一項引人入勝的挑戰。」他是最近發表的一篇觀點文章的主要作者,這篇文章探討了我們離可食用機器人的現實還有多遠。 “我們仍在摸索哪些可食用材料的工作原理與非可食用材料類似”。
乍一看,食物和機器人似乎是科學領域的對立面。但是,根據文章作者的觀點,可食用機器人並不僅僅是你花高價在高檔餐廳的盤子上看到的新奇事物。它們在人類健康和營養、野生動物保護和動物福利以及環境等領域有著廣泛的潛在應用。
可食用機器人潛力巨大,2021 年,弗洛雷亞諾與荷蘭瓦赫寧根大學的雷姆科-布姆(Remko Boom)、英國布里斯託大學的喬納森-羅西特(Jonathan Rossiter)和義大利理工學院的馬裡奧-凱羅尼(Mario Caironi)共同發起了機器人食品項目,並獲得了歐盟為期四年、總計350 萬歐元(375 萬美元)的資金支持。
非食用(灰色)和食用(彩色)材料在彈性和密度的比較
根據RoboFood 網站的介紹,該專案的”總體目標”是”為開發真正的可食用機器人和機器人食品奠定科學和技術基礎”。為此,讓我們來看看可食用機器人的發展時間表,就像大多數與科技相關的事物一樣,可食用機器人的發展也是日新月異。
2017 年,EPFL 的科學家們用兩個完全可食用的致動器製造出了一個能夠搬運蘋果的機械手。這些致動器本身由明膠-甘油材料製成,具有類似矽樹脂彈性體的機械特性。
2022 年,EPFL 和瓦赫寧根的科學家設計出一種固定翼無人機,機翼由膨化年糕和明膠粘合而成。當然,只有無人機的機翼是可食用的,但它的飛行速度為每秒33 英尺(10 公尺),可攜帶自身質量50%的可食用負荷。
2023 年,印度理工學院的研究人員用核黃素(維生素B2)做陽極,用槲皮素(一種存在於紅洋蔥、辣椒和羽衣甘藍中的促進健康的天然色素)做陰極,製造出了一種可食用的充電電池。活性碳提高了導電性,而紫菜–通常包裹在壽司捲上的那種東西–則用來防止短路。電池用蜂蠟包裝,工作電壓為0.65 伏特,仍然是攝入時的安全電壓;兩個電池串聯起來,可以為一個LED 供電約10 分鐘。
2024 年,來自布里斯頓大學、印度理工學院和洛桑聯邦理工學院的科學家們創造了第一個基於電子傳導的可食用應變感測器。關鍵在於一種新型導電墨水,它是活性碳、哈瑞博小熊軟糖和水乙醇混合物的組合。當油墨噴灑在可食用的基底上時,兩者都可以被吃掉。
可食用零件、可食用機器人和機器人食物的例子。機器人食物,括號內標示的是輸入刺激物
RoboFood團隊成員、該視角論文的共同作者之一Bokeon Kwak說:”關於致動器、感測器和電池等單一可食用部件的研究很多。但最大的技術挑戰是將使用電力來運作的部件(如電池和感測器)與使用液體和壓力來移動的部件(如致動器)組合在一起。
研究人員在論文中闡述了目前實現可食用機器人所面臨的挑戰。現有的可食用致動器和電池在功率、耐久性和可靠性方面仍然低於非可食用的同類產品,或者它們需要使用非可食用的部件。另一個挑戰是,雖然許多可食用零件是由我們通常食用的東西製成的,但還需要進一步研究它們與消化系統的相互作用。此外,還有微型化問題,要讓機器人夠小,成為一個可吞嚥的整體。最後,可食用機器人最終必須達到某種目的。
那麼,研究人員預計它們能達到什麼目的呢?他們在論文中給出的例子包括:分析消化道並精確輸送藥物、透過食道清除食物阻塞、為人類和動物提供營養、保護野生動物和馴養動物的健康–包括注射疫苗、環境監測,當然還有提供新奇的烹飪體驗。由於可食用機器人也是可生物降解的,因此比其他替代品更環保。
洛桑聯邦理工學院(EPFL)和印度理工學院(IIT)的科學家們用氣動明膠腿和可食用的傾斜感測器製造出了這種部分可食用的滾動機器人EPFL
一個重要的問題需要答案:人們對吃機器人會有什麼反應?2024 年的一項研究給了一些答案。研究人員給參與者提供了由糖和明膠製成的機器人–一個會動,一個不會動–並測量了他們的感知和味覺體驗。他們發現,移動的機器人被視為”生物”,而靜止的機器人則是”食物”。不過,移動的機器人味道更鮮美。移動的機器人經常被描述為”甜的”,參與者還提到了”蘋果”等特定的味道,而不動的機器人則被描述為其組成成分,這表明參與者認為移動和不動的機器人是由不同的材料製成的。此外,在咀嚼移動機器人時,參與者所描述的質感與機器人不動時明顯不同。研究人員提出的一種可能的解釋是,當機器人移動時,參與者認為機器人具有生命力;它更”有活力”。
這篇論文的作者還沒有推測我們何時能在盤子裡看到可食用的機器人。雖然上述技術障礙仍需克服,但鑑於技術發展的突飛猛進,我們可能無需等待太久。
文章發表在《自然-材料評論》雜誌。