食品科學和機器人技術“聯姻” 可食用電子產品走進現實
【科技創新世界潮】
去年4月，意大利理工學院高級研究員馬里奧?凱羅尼等人在美國《先進材料》雜志發表論文稱，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備將對胃腸道的監測和治療，以及食品質量監測等領域產生重大影響。
該團隊并非“孤軍奮戰”。據物理學家組織網近日報道，瑞士聯邦理工學院智能系統實驗室主任達里奧?弗洛里亞諾目前正在進行一項大膽的研究項目：創造可食用的機器人和可消化的電子產品。
弗洛里亞諾指出，無論看起來或聽起來多么不可思議，讓食品科學和機器人技術“強強聯手”，將對醫療健康、環境保護等領域產生重大影響。
突破食物與機器人界限
弗洛里亞諾表示，將食品和機器人結合的想法源于2017年博士后研究員新竹君(音譯)的一條評論。新竹君表示，機器人和生物系統之間的主要區別在于，機器人不能被其他生物吃掉。弗洛里亞諾由此開始思考如何突破食物與機器人之間的界限。
為此，他領導了一個名為“機器食物”(ROBOFOOD)的項目。該項目旨在用可食用的部件取代堅硬冰冷的電子元件，通過創造可食用的機器人和行為像機器人的食物來突破機器人研究的邊界。該項目為期4年，計劃持續到2025年9月。團隊成員包括來自瑞士、意大利、荷蘭和英國的科學家。
“機器食物”團隊已與荷蘭瓦赫寧根大學科學家攜手，研制出一款無人機，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到50%的無人機。這款無人機可用于緊急搜救行動，不僅可用來定位失蹤的人或動物，也可運送重要的食品或藥品，而且該無人機本身就可以食用，其可食用部分滿足聯合國提出的危急期間所需食品的標準。
當然，這款無人機目前面臨的挑戰在于，需要使用足夠堅固的可食用材料來制作翅膀，以抵御風雨和高溫的襲擊。
助力健康領域實時診療
該項目團隊再接再厲，將這一概念擴展到了健康領域。他們與英國布里斯托爾大學機器人專家喬納森?羅西特教授合作，開發出了一款可消化的傳感器，能幫助治療或監測腸道疾病。
雖然可吞服設備，如含有攝像頭或數字系統的藥丸，已經在醫療保健中使用，但目前這些設備包含不可消化的組件，需要在使用后取回。與這些腸道設備不同，新型傳感器不需要由患者排泄出來，或從患者體內取出來。容易消化這一特性也避免了物質殘留在體內的風險。
研究團隊表示，雖然還需要進一步測試和開發，但該傳感器表明，制造可消化電子元件是可行的。
據西湖大學官網報道，該校工學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電容器。研究團隊表示，這樣的超級電容器既可食用，又可消化，能用來為一些微小的設備供電，以檢測人體內部的生理狀態，避免侵入式檢查給患者帶來的痛苦和不適。
姜漢卿團隊認為，如果有更多這樣的電子器件能以恰當的方式植入或進入人體，未來的實時診療電子儀器將大有作為，人類對于自身的認識也將被無限擴展。
減少電子垃圾保護環境
研究團隊表示，除了用于健康檢測領域，“機器食物”項目也將為保護環境作出重大貢獻。易于分解甚至消化的食品級材料和工藝，有助于解決世界上日益增長的電子垃圾問題。
尤其是廢舊電池問題。據估計，美國每年有30億塊電池被丟棄。這些電池中的大多數最終都進入了垃圾填埋場，在那里它們將有毒物質泄漏到環境中。
馬里奧也是“機器食物”團隊的負責人，他主導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0.65伏的電池能在12分鐘內提供48微安的電流。雖然聽起來不多，但足以為低功率的LED等小型電子設備供電。英國蘇塞克斯大學電池技術開發物理學家康納?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。
在另一項突破中，“機器食物”團隊開發出了一種可食用的致動器，可將能量轉換為機械力，幫助機器人發揮作用。換言之，裝了這種致動器的機器人被人吞食后，致動器會使機器人做一些有用的事情，這也標志著研究團隊在實現全功能和可食用機器人的道路上邁出了一大步。
本報記者 劉 霞
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