- 食品科學(xué)和機(jī)器人技術(shù)“聯(lián)姻” 可食用電子產(chǎn)品走進(jìn)現(xiàn)實(shí)
- 2024年03月02日 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
提要：該團(tuán)隊(duì)并非“孤軍奮戰(zhàn)”。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任達(dá)里奧·弗洛里亞諾目前正在進(jìn)行一項(xiàng)大膽的研究項(xiàng)目：創(chuàng)造可食用的機(jī)器人和可消化的電子產(chǎn)品。
去年4月，意大利理工學(xué)院高級(jí)研究員馬里奧·凱羅尼等人在美國(guó)《先進(jìn)材料》雜志發(fā)表論文稱(chēng)，他們研制出了世界上首款可充電且可完全食用的電池，并表示可食用電子設(shè)備將對(duì)胃腸道的監(jiān)測(cè)和治療，以及食品質(zhì)量監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。
該團(tuán)隊(duì)并非“孤軍奮戰(zhàn)”。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任達(dá)里奧·弗洛里亞諾目前正在進(jìn)行一項(xiàng)大膽的研究項(xiàng)目：創(chuàng)造可食用的機(jī)器人和可消化的電子產(chǎn)品。
弗洛里亞諾指出，無(wú)論看起來(lái)或聽(tīng)起來(lái)多么不可思議，讓食品科學(xué)和機(jī)器人技術(shù)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”，將對(duì)醫(yī)療健康、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。
突破食物與機(jī)器人界限
弗洛里亞諾表示，將食品和機(jī)器人結(jié)合的想法源于2017年博士后研究員新竹君(音譯)的一條評(píng)論。新竹君表示，機(jī)器人和生物系統(tǒng)之間的主要區(qū)別在于，機(jī)器人不能被其他生物吃掉。弗洛里亞諾由此開(kāi)始思考如何突破食物與機(jī)器人之間的界限。
為此，他領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)名為“機(jī)器食物”(ROBOFOOD)的項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在用可食用的部件取代堅(jiān)硬冰冷的電子元件，通過(guò)創(chuàng)造可食用的機(jī)器人和行為像機(jī)器人的食物來(lái)突破機(jī)器人研究的邊界。該項(xiàng)目為期4年，計(jì)劃持續(xù)到2025年9月。團(tuán)隊(duì)成員包括來(lái)自瑞士、意大利、荷蘭和英國(guó)的科學(xué)家。
“機(jī)器食物”團(tuán)隊(duì)已與荷蘭瓦赫寧根大學(xué)科學(xué)家攜手，研制出一款無(wú)人機(jī)，其翅膀是用食用油和巧克力粘在一起的年糕。
弗洛里亞諾表示，他們研制出了全球第一款可食用部分達(dá)到50%的無(wú)人機(jī)。這款無(wú)人機(jī)可用于緊急搜救行動(dòng)，不僅可用來(lái)定位失蹤的人或動(dòng)物，也可運(yùn)送重要的食品或藥品，而且該無(wú)人機(jī)本身就可以食用，其可食用部分滿(mǎn)足聯(lián)合國(guó)提出的危急期間所需食品的標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)然，這款無(wú)人機(jī)目前面臨的挑戰(zhàn)在于，需要使用足夠堅(jiān)固的可食用材料來(lái)制作翅膀，以抵御風(fēng)雨和高溫的襲擊。
助力健康領(lǐng)域?qū)崟r(shí)診療
該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)再接再厲，將這一概念擴(kuò)展到了健康領(lǐng)域。他們與英國(guó)布里斯托爾大學(xué)機(jī)器人專(zhuān)家喬納森·羅西特教授合作，開(kāi)發(fā)出了一款可消化的傳感器，能幫助治療或監(jiān)測(cè)腸道疾病。
雖然可吞服設(shè)備，如含有攝像頭或數(shù)字系統(tǒng)的藥丸，已經(jīng)在醫(yī)療保健中使用，但目前這些設(shè)備包含不可消化的組件，需要在使用后取回。與這些腸道設(shè)備不同，新型傳感器不需要由患者排泄出來(lái)，或從患者體內(nèi)取出來(lái)。容易消化這一特性也避免了物質(zhì)殘留在體內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)表示，雖然還需要進(jìn)一步測(cè)試和開(kāi)發(fā)，但該傳感器表明，制造可消化電子元件是可行的。
據(jù)西湖大學(xué)官網(wǎng)報(bào)道，該校工學(xué)院姜漢卿教授利用生活中可食用并且還具有電子性能的食材，比如海苔、芝士、食用金銀泊，制作出了可食用的超級(jí)電容器。研究團(tuán)隊(duì)表示，這樣的超級(jí)電容器既可食用，又可消化，能用來(lái)為一些微小的設(shè)備供電，以檢測(cè)人體內(nèi)部的生理狀態(tài)，避免侵入式檢查給患者帶來(lái)的痛苦和不適。
姜漢卿團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，如果有更多這樣的電子器件能以恰當(dāng)?shù)姆绞街踩牖蜻M(jìn)入人體，未來(lái)的實(shí)時(shí)診療電子儀器將大有作為，人類(lèi)對(duì)于自身的認(rèn)識(shí)也將被無(wú)限擴(kuò)展。
減少電子垃圾保護(hù)環(huán)境
研究團(tuán)隊(duì)表示，除了用于健康檢測(cè)領(lǐng)域，“機(jī)器食物”項(xiàng)目也將為保護(hù)環(huán)境作出重大貢獻(xiàn)。易于分解甚至消化的食品級(jí)材料和工藝，有助于解決世界上日益增長(zhǎng)的電子垃圾問(wèn)題。
尤其是廢舊電池問(wèn)題。據(jù)估計(jì)，美國(guó)每年有30億塊電池被丟棄。這些電池中的大多數(shù)最終都進(jìn)入了垃圾填埋場(chǎng)，在那里它們將有毒物質(zhì)泄漏到環(huán)境中。
馬里奧也是“機(jī)器食物”團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，他主導(dǎo)研制出的全球首款可食用充電電池幾乎所有組件都可食用。具體而言，電池陽(yáng)極和陰極分別由核黃素(維生素B2)和槲皮素組成，電解液是水基的，分離器(陽(yáng)極和陰極之間的滲透膜，防止短路)由紫菜制成。
研究人員表示，一旦充電完畢，這個(gè)0.65伏的電池能在12分鐘內(nèi)提供48微安的電流。雖然聽(tīng)起來(lái)不多，但足以為低功率的LED等小型電子設(shè)備供電。英國(guó)蘇塞克斯大學(xué)電池技術(shù)開(kāi)發(fā)物理學(xué)家康納·柏蘭德指出，這一研究表明，充電電池能完全由可食用材料制成。
在另一項(xiàng)突破中，“機(jī)器食物”團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種可食用的致動(dòng)器，可將能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械力，幫助機(jī)器人發(fā)揮作用。換言之，裝了這種致動(dòng)器的機(jī)器人被人吞食后，致動(dòng)器會(huì)使機(jī)器人做一些有用的事情，這也標(biāo)志著研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)全功能和可食用機(jī)器人的道路上邁出了一大步。
