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食用級(jí)材料,可完全降解的機(jī)器人可以吃嗎?

發(fā)布時(shí)間 : 2020-06-29

現(xiàn)在對(duì)于安全的考慮,很多可能會(huì)咽下去的產(chǎn)品都使用了可食用材料,如可食用蠟、可食用包裝等,那用可食用材料做一只機(jī)器人,大小和外形就和一顆膠囊差不多,這樣的機(jī)器人能吃嗎?如果能吃,你對(duì)它的期待是怎樣的?Q 爽彈牙、油而不膩、入口即化?等等,好像和機(jī)器人的人設(shè)不太符。應(yīng)該是:遇熱自動(dòng)伸展、可受磁鐵控制,進(jìn)入體內(nèi)后不僅會(huì)像跳跳糖一樣尬舞,還能將誤吞食的電池取出來(lái)!


曾經(jīng)2016 年國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化大會(huì)上,就有這樣一款可食用膠囊機(jī)器人重磅亮相。時(shí)隔四年后,奧地利約翰尼斯·開(kāi)普勒林茨大學(xué)的一組研究人員也發(fā)明了一種“可食用”機(jī)器人。


制作這款機(jī)器人,使用的是基于食用級(jí)材料明膠的通用生物凝膠。這只看上去有點(diǎn)兒眼熟的機(jī)器人也有點(diǎn)兒卑微——不僅可被人吃,還能在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)被污水中的微生物吃(分)掉(解)。


在題為 Resilient yet entirely degradable gelatin-based biogels for soft robots and electronics(用于制造軟體機(jī)器人等電子產(chǎn)品的有彈性、可完全降解的明膠基生物凝膠)的論文中,研究團(tuán)隊(duì)詳細(xì)介紹了這款機(jī)器人和它背后的神奇材料。


基于明膠的新型材料,論文中,研究人員開(kāi)門(mén)見(jiàn)山:材料驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。目前,用于軟體機(jī)器人和可拉伸電子器件的生物主要為可降解和生物相容彈性材料,具有一系列特性,如:優(yōu)良的機(jī)械性能、可調(diào)諧性、可變更性、可自愈性。


但研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,這種材料在環(huán)境中并不耐用,無(wú)法將所有特性同時(shí)體現(xiàn)在一個(gè)產(chǎn)品或平臺(tái)中。因此研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種多功能明膠基生物凝膠。這種材料彈力很強(qiáng),可自我粘附、快速愈合、易于復(fù)制和縮放,能在處理時(shí)完全降解。


據(jù)了解,這種材料完全由天然成分和食品級(jí)安全材質(zhì)構(gòu)成,其中包括:

明膠:可被人體完全降解;

檸檬酸:可阻止細(xì)菌生長(zhǎng);

甘油:可防止細(xì)菌滋生及脫水。


這里值得一提的是研究人員對(duì)于基本成分的選擇過(guò)程。


據(jù)論文介紹,研究人員為確定一種成分,對(duì)多種聚酯纖維和水凝膠成分做了對(duì)比,主要考慮的因素包括使用期限、機(jī)械性能、成本、可加工性、可合成性和降解能力。


經(jīng)對(duì)比,研究人員zui后選定了明膠(上表zui下面一行)。之所以會(huì)用到明膠,就在于基于明膠的生物凝膠容易得到、無(wú)需合成,可以添加水溶性添加劑。同時(shí),由于降解速率快,不僅對(duì)環(huán)境無(wú)害,甚至還可食用。


實(shí)際上,很多人對(duì)明膠并不陌生,從膠片、食品、化妝品到藥品,明膠可謂是無(wú)處不在。同時(shí),明膠也已經(jīng)用于藥物遞送和骨組織工程等領(lǐng)域,比如 3D 打印器官和制造機(jī)器人。


為測(cè)試降解能力,研究團(tuán)隊(duì)將制成的生物凝膠片浸入 23°C 的去離子水中,發(fā)現(xiàn)數(shù)小時(shí)后生物凝膠片便會(huì)溶解。正因如此,研究團(tuán)隊(duì)表示,這種生物凝膠十分適合臨時(shí)安裝和需經(jīng)常更新的場(chǎng)景,一經(jīng)觸發(fā),將在幾天內(nèi)分解,可在瞬態(tài)裝置中獲益。


除此之外,研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)廢水中微生物的生物需氧量(BOD)來(lái)測(cè)量生物凝膠的完全需氧分解能力。結(jié)果表明,10 天可除去 60% 有機(jī)化合物。因此,基于該團(tuán)隊(duì)研制的生物凝膠,或許研究人員可以開(kāi)辟水中、體內(nèi)生物可降解應(yīng)用的新途徑。


研究團(tuán)隊(duì)在論文中寫(xiě)道:這種生物凝膠向打造持久的、可持續(xù)的軟體機(jī)器人和電子系統(tǒng)邁進(jìn)了一步。那么,基于上述材料制作出的機(jī)器人是怎樣的呢?


外形上,研究人員受到了大象的啟發(fā)。當(dāng)然了,不僅是外形類(lèi)似大象,由于集成了可反饋和控制的傳感器,機(jī)器人的象鼻子也能抓住物體。


材料上,研究人員在生物凝膠的基礎(chǔ)上,結(jié)合了纖維素、鋅等天然衍生材料。其中,纖維素是一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)多糖,被用作動(dòng)態(tài)環(huán)境中的柔性氣動(dòng)生物凝膠致動(dòng)器外骨架。而將生物凝膠與結(jié)構(gòu)化鋅電極相結(jié)合,可使電子皮膚(新型可穿戴柔性仿生觸覺(jué)傳感器)完全降解。


因此,從機(jī)器人原件到可延伸電子設(shè)備,整個(gè)系統(tǒng)都是可生物降解的。研究團(tuán)隊(duì)也稱(chēng):這為未來(lái)模擬我們自己皮膚的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備鋪平了道路。


上文提到,生物凝膠能在廢水中處理時(shí)完全降解,所以可能會(huì)有人質(zhì)疑這款機(jī)器人的機(jī)械性能。


考慮到這一點(diǎn),研究團(tuán)隊(duì)也解釋?zhuān)锬z可在環(huán)境條件下保持其機(jī)械性能一年以上;在沒(méi)有失效的情況下,軟制動(dòng)器可承受超過(guò) 33 萬(wàn)次的循環(huán)。


此外,研究團(tuán)隊(duì)表示,未來(lái)可用這款機(jī)器人在動(dòng)物體內(nèi)輸送藥物。


論文合著者之一 Martin Kaltenbrunner 曾發(fā)問(wèn):我們能否同時(shí)開(kāi)發(fā)出一種使用時(shí)非??煽?、觸發(fā)時(shí)又會(huì)完全降解的材料?現(xiàn)在看來(lái),團(tuán)隊(duì)用其成果給出了答案。


Last but not least,回答一個(gè)重要問(wèn)題,機(jī)器人能食用嗎?


根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法,雖然生物凝膠可食用,但這款機(jī)器人的電子原件和傳感器目前還不能食用。


實(shí)際上,早在 2017 年,洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室就推出了一款外形酷似軟糖的可食用機(jī)器人,可完全食用,也是由明膠制成。


這種機(jī)器人能夠與營(yíng)養(yǎng)品、藥物等成分混合,被人體消化和代謝,我們可以把機(jī)器人等同于一種食物。


可見(jiàn),這款被稱(chēng)為醫(yī)療黑科技的機(jī)器人是能被我們吃掉的,而在安全性方面,IEEE Spectrum 編輯 Evan Ackerman 的一句話(huà)也給我們吃了一顆定心丸:


據(jù)我們所知,截至目前,還沒(méi)有一個(gè)可食用機(jī)器人在被人吃過(guò)以后,自己從人們的胃里爬出來(lái)過(guò)。

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