可食用膠囊機(jī)器人重磅亮相 外形類似大象

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)器人能食用嗎?

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)!

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，研究人員開門見山：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，研究人員最后選定了明膠(上表最下面一行)。

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(如下圖 c 所示)。

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(如下圖 d 所示)。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辟水中、體內(nèi)生物可降解應(yīng)用的新途徑。

可循環(huán)超 33 萬(wàn)次的機(jī)器人

研究團(tuán)隊(duì)在論文中寫道：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(上圖 a 部分)。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傳感器)完全降解(上圖 b 部分)。

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：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，生物凝膠可在環(huán)境條件下保持其機(jī)械性能一年以上;在沒有失效的情況下，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。

雷鋒網(wǎng)了解到，論文合著者之一 Martin Kaltenbrunner 曾發(fā)問：我們能否同時(shí)開發(fā)出一種使用時(shí)非常可靠、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。

據(jù)曾報(bào)道，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，這款被稱為醫(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 的一句話也給我們吃了一顆定心丸：據(jù)我們所知，截至目前，還沒有一個(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)。

標(biāo)簽： 可食用膠囊機(jī)器人