Czy kiedykolwiek wyobrażałeś sobie jedzenie robota? Może to brzmieć jak dziwna koncepcja — żywność jest organiczna i jadalna, podczas gdy konwencjonalne roboty są nieorganiczne i niejadalne — ale pojawiające się badania wykazały, że ta koncepcja wcale nie jest taka odległa. Pomyśl tylko, ile odpadów elektronicznych można by uniknąć, gdyby urządzenie było trawione przez nasze organizmy, jak każda inna żywność, którą spożywamy w celach żywieniowych.

Według Valerio Francesco Annese, naukowca z Włoskiego Instytutu Technologii, zrównoważony rozwój jest często uwzględniany w robotyce i elektronice, pomimo szybkiego rozwoju tych dziedzin. Doprowadziło to do gromadzenia się odpadów elektronicznych na wysypiskach, które uwalniają toksyczne metale ciężkie do otaczającego środowiska i stanowią zagrożenie dla zdrowia. Elektronika ma również skomplikowany strumień recyklingu ze względu na różne materiały zawarte w urządzeniu, co zwiększa problem.

Jadalna elektronika pomogłaby złagodzić te problemy, ponieważ urządzenia oparte na żywności są nie tylko biodegradowalne i biokompatybilne, ale ich materiały składowe są nietoksyczne. Dzięki temu ich celowe lub przypadkowe spożycie byłoby nieszkodliwe zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt.

Połączenie nauki o żywności z robotyką

Ta futurystyczna koncepcja została urzeczywistniona przez grupę badaczy, w tym Annese, w ramach projektu RoboFood.

„Finansowany ze środków europejskich projekt RoboFood ma na celu rozwój rozwijającej się dziedziny robotyki jadalnej, która bada zastosowanie materiałów pochodzących z żywności w funkcjonujących robotach” — wyjaśnia Annese. „Jadalne roboty to nie tylko biodegradowalne przedmioty wykonane z jadalnych materiałów, ale mogą również pełnić funkcję odżywczą”.

Prowadzony przez Dario Floreano, dyrektora Laboratorium Inteligentnych Systemów w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii w Lozannie (EPFL), RoboFood integruje naukę o żywności z miękką robotyką. To połączenie dwóch bardzo różnych dziedzin inspiruje rozwój nowych i interesujących zastosowań, w tym rekreacyjnych doświadczeń kulinarnych. Witryna RoboFood prosi nas o wyobrażenie sobie następującego scenariusza:

„Zamawiasz pizzę i otrzymujesz ją w ciągu kilku minut za pomocą drona? To wkrótce może stać się rutyną. Ale co powiesz na posiadanie samego drona na deser, zamiast odsyłania go?” powiedział.

Poza rekreacją, jadalne drony mogłyby zapewnić ludziom pożywienie w sytuacjach awaryjnych, a jadalne roboty-ofiary mogłyby dostarczać szczepionki i suplementy dzikim lub zagrożonym zwierzętom. Z drugiej strony zrobotyzowana żywność złożona z jadalnych siłowników i elektroniki może zwiększyć bezpieczeństwo żywności, dokładnie wskazując termin przydatności do spożycia i chroniąc produkt przed ciepłem lub wilgocią podczas przechowywania. W opiece zdrowotnej jadalne urządzenia mogą być wykorzystywane jako nieinwazyjne narzędzia diagnostyczne – na przykład w przewodzie pokarmowym – a zrobotyzowane jedzenie może pomóc pacjentom w połykaniu leków.

W tym celu badacze Robofood zbudowali już jadalny akumulator żelatynowy (GelBat) i częściowo jadalne drony, które potencjalnie mogłyby zostać wykorzystane w bezzałogowych misjach transportowych do osób pilnie potrzebujących żywności lub lekarstw.

Robot, którego można zjeść?

Niedawno zespół RoboFood stworzył całkowicie jadalny bistabilny czujnik przechyłu oparty na niejadalnym komercyjnym analogu. Roboty wymagają czujników obrotu, aby postrzegać orientację i działać autonomicznie, więc ten rozwój stanowi ważny krok w kierunku stworzenia funkcjonalnych, w pełni jadalnych robotów.

Bokeon Kwak, badacz EPFL i członek projektu RoboFood, rozwinął nowość czujnika: „Chociaż niektóre jadalne roboty zostały już opracowane, żaden z nich nie ma możliwości wykrywania statusu lokomotywy, takiego jak orientacja ciała i prędkość poruszania się . Nasza implementacja stanowi pierwszą integrację jadalnych czujników, siłowników i elementów konstrukcyjnych w tym samym autonomicznym systemie”.

Do wyprodukowania czujnika Annese i jego współpracownicy użyli wyłącznie składników zatwierdzonych przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA). Laminowali złoto spożywcze na elektrodach składających się z etylocelulozy, dodatku do żywności znanego jako E 462, i uformowali elektrycznie przewodzącą masę, która kontroluje przepływ prądu, z mieszaniny węgla aktywnego, wosku pszczelego i oleju słonecznikowego. Zamknęli system w żelatynie i użyli gumowych misiów Haribo jako przekładki do rozdzielenia elektrod. Czujnik był kompatybilny z wcześniej opracowaną jadalną baterią i mógł zapewniać wykrywalną moc wyjściową przez co najmniej 259 dni.

Jako dowód poprawności koncepcji, naukowcy zintegrowali sześć z tych jadalnych czujników rotacji w toczącym się robocie, naśladując zwierzęta, które zwijają swoje ciała i toczą się jako środek lokomocji, jak gąsienice lub krewetki. Ruch toczny był wspomagany przez duże jadalne koło wykonane z etylocelulozy, wosku karnauba i oliwy z oliwek.

„Robot może samodzielnie oszacować swoją orientację i aktywować jedną z sześciu żelatynowych nóg, aby autonomicznie toczyć się do przodu” – wyjaśnił Annese.

Chociaż robot zawiera pewne niejadalne komponenty, w tym obwód elektroniczny, mikrokontroler, komponenty pneumatyczne i baterię, w pełni jadalny czujnik jest kompatybilny z tymi komponentami, co pokazuje, że częściowo jadalne roboty mogą zostać praktycznie wdrożone w najbliższej przyszłości.

Innym nowatorskim aspektem toczącego się robota jest jego wartość odżywcza. Około 36% wagi robota stanowią materiały jadalne, a jego kaloryczność szacuje się na 807,5 kilokalorii, co stanowi mniej więcej 30% zalecanego dziennego spożycia kalorii dla dorosłego mężczyzny. Ta unikalna funkcja może wyeliminować potrzebę ładunków żywnościowych podczas misji ratunkowych, między innymi w zastosowaniach związanych z odżywianiem.

Chociaż obecna wersja robota ma pewne ograniczenia, w tym sporadyczne awarie czujników i siłowników żelatynowych, jego ogólna wydajność pokazuje, że autonomiczne poruszanie się przy użyciu jadalnych komponentów jest możliwe.

„Kolejne kroki obejmują wdrożenie dodatkowych jadalnych komponentów, takich jak jadalne elektroniczne obwody logiczne i czujniki, zmniejszenie rozmiaru w kierunku miniaturyzacji oraz identyfikacja nowatorskich jadalnych siłowników, mająca na celu stworzenie w pełni jadalnego robota” – powiedziała nam Annese .

„Mamy nadzieję, że nasza praca może skłonić projektantów do rozważenia, w miarę możliwości, materiałów biodegradowalnych, a nawet jadalnych zamiast nieulegających degradacji, zapewniając natychmiastowy efekt w ograniczaniu gromadzenia się odpadów elektronicznych” – dodał.

Odniesienie: Jadalny bistabilny czujnik przechyłu umożliwiający autonomiczną obsługę częściowo jadalnego toczącego się robota, Zaawansowane badania czujników (2023). DOI: adsr.202300092