機器人的可食用未來

付靜

材料驅(qū)動技術(shù)進步，機器人領(lǐng)域也因此不斷推陳出新。

用可食用材料做一個機器人，大小和外形就和一顆膠囊差不多，這樣的機器人能食用嗎？如果能吃，你對它的期待是怎樣的？Q爽彈牙、油而不膩、入口即化……這樣說好像和機器人的“人設(shè)”不太相符。用專業(yè)的話來說，應(yīng)該是：遇熱自動伸展，可受磁鐵控制，進入體內(nèi)后不僅會像跳跳糖一樣“尬舞”，還能將誤吞食的電池取出來。

2016年國際機器人與自動化大會上，就有這樣一款可食用膠囊機器人重磅亮相。時隔4年后，奧地利約翰尼斯·開普勒林茨大學的一組研究人員也發(fā)明了一種可食用機器人。

制作這款機器人，使用的是基于食用級材料明膠的一種通用生物凝膠。在題為《用于制造軟體機器人等電子產(chǎn)品的有彈性、可完全降解的明膠基生物凝膠》的論文中，研究團隊詳細介紹了這款機器人和它背后的神奇材料。

論文中，研究人員開門見山：材料驅(qū)動技術(shù)進步。

目前，用于軟體機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)良的機械性能、可諧調(diào)性、可變更性、可自愈性。但研究團隊認為，這種材料在環(huán)境中并不耐用，無法將所有特性同時體現(xiàn)在一個產(chǎn)品或平臺中。因此研究團隊開發(fā)了一種多功能明膠基生物凝膠。這種材料彈力很強，可自我粘附、快速愈合、易于復(fù)制和縮放，能在處理時完全降解。

據(jù)了解，這種材料完全由天然成分和食品級安全材質(zhì)構(gòu)成，其中包括：可被人體完全降解的明膠;可阻止細菌生長的檸檬酸;可防止細菌滋生及脫水的甘油。

這里值得一提的是研究人員對于基本成分的選擇過程。據(jù)論文介紹，研究人員為確定一種成分，對多種聚酯纖維和水凝膠成分做了對比，主要考慮的因素包括使用期限、機械性能、成本、可加工性、可合成性和降解能力。

經(jīng)對比，研究人員最后選定了明膠。之所以會用到明膠，就在于基于明膠的生物凝膠容易得到、無需合成，可以添加水溶性添加劑。同時，由于降解速率快，不僅對環(huán)境無害，甚至還可食用。

實際上，很多人對明膠并不陌生，從膠片、食品、化妝品到藥品，明膠可謂無處不在。同時，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 打印器官和制造機器人。

為測試降解能力，研究團隊將制成的生物凝膠片浸入23℃的去離子水中，發(fā)現(xiàn)數(shù)小時后生物凝膠片便會溶解。正因如此，研究團隊表示，這種生物凝膠十分適合臨時安裝和需經(jīng)常更新的場景，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，研究團隊還通過廢水中微生物的生物需氧量（BOD）來測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%有機化合物。因此，基于該團隊研制的生物凝膠，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。

研究團隊在論文中寫道：這種生物凝膠向打造持久的、可持續(xù)的軟體機器人和電子系統(tǒng)邁進了一步。

那么，基于上述材料制作出的機器人是怎樣的呢？外形上，研究人員受到了大象的啟發(fā)。由于明膠可以食用，所以這種生物凝膠還可以用來給動物喂藥，比如制作一個偽裝成獵物或食物的機器人。它還可以用來制造更安全的兒童玩具，不過，這些電子器件和傳感器目前還不能食用。

當然了，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，被用作動態(tài)環(huán)境中的柔性氣動生物凝膠致動器外骨架。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傳感器）完全降解。

因此，從機器人原件到可延伸電子設(shè)備，整個系統(tǒng)都是可生物降解的。研究團隊也稱：這為未來模擬我們自己皮膚的生物醫(yī)學設(shè)備鋪平了道路。

上文提到，生物凝膠能在廢水中處理時完全降解，所以可能會有人質(zhì)疑這款機器人的機械性能。考慮到這一點，研究團隊也解釋，生物凝膠可在環(huán)境條件下保持其機械性能一年以上;在沒有失效的情況下，軟制動器可承受超過33萬次的循環(huán)。

論文合著者之一Martin Kaltenbrunner曾發(fā)問：我們能否同時開發(fā)出一種使用時非常可靠、觸發(fā)時又會完全降解的材料？現(xiàn)在看來，團隊用其成果給出了答案。

最后，回答一個重要問題，機器人能食用嗎？根據(jù)研究團隊的說法，雖然生物凝膠可食用，但這款機器人的電子原件和傳感器目前還不能食用。實際上，早在2017 年，洛桑聯(lián)邦理工學院智能系統(tǒng)實驗室就推出了一款外形酷似軟糖的可食用機器人，完全可以食用，也是由明膠制成。這種機器人能夠與營養(yǎng)品、藥物等成分混合，被人體消化和代謝，我們可以把機器人等同于一種食物。可見，這款被稱為醫(yī)療黑科技的機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，還沒有一個可食用機器人在被人吃過以后，自己從人們的胃里爬出來過。”

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醫(yī)療軍事領(lǐng)域成軟體機器人“發(fā)力點”

除了常見的機械臂和金屬材料，機器人領(lǐng)域還有一種用特殊材料制成的軟體機器人，這類機器人可以模仿生物的移動方式，以適應(yīng)各種不同的環(huán)境。與傳統(tǒng)的剛性機器人不同，軟體機器人有很高的靈活性和適應(yīng)性，能在有限的空間里完成復(fù)雜的工作，這些特性讓軟體機器人廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和軍事領(lǐng)域。

軟體機器人模仿于自然界的許多軟體動物，由可以承受大應(yīng)變的柔軟材料制成，且具有多自由度和連續(xù)變換的能力，可在大范圍內(nèi)任意改變身形和尺寸。因為主動變形與被動變形能力的結(jié)合，機器人可以擠過比自身常態(tài)尺寸小的縫隙，進入傳統(tǒng)機器人無法進入的空間。

從目前來看，軟體機器人的落地商業(yè)場景主要是醫(yī)療和軍用場景。智能相對論（aixdlun）分析師柯鳴認為，目前軟體機器人的發(fā)展前景相當可期，學術(shù)界也正在如火如荼地進行著此類研究，科學家們試圖創(chuàng)造一種不同于傳統(tǒng)機器人的新型機器人整體。

從軍事應(yīng)用場景來看，軟體機器人確實大有發(fā)展空間。“以柔克剛”的自身體質(zhì)可以讓機器人在收到外界沖擊和破壞時不易受損，這極大地增強了軟體機器人的存活能力。此外，由于不具備電子元件，軟體機器人在電磁偵察系統(tǒng)下容易躲避各類設(shè)備的追蹤。未來，加裝了特定武器的軟體機器人，可以更便利地承擔各類偵查任務(wù)，甚至可以在特定條件下給敵人以致命一擊。

在醫(yī)療領(lǐng)域，“人小鬼大”的軟機器人還可以成為醫(yī)生的優(yōu)秀醫(yī)療助手。軟體機器人的硬度與柔軟度與人類皮膚和肌肉較為接近，可穿戴性和皮膚親和性較好。在微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域，軟體機器人更是有著極大的“用武之地”。軟體機器人的應(yīng)用，可以突破傳統(tǒng)微創(chuàng)外科手術(shù)方法的局限，比如，自由度低的手術(shù)設(shè)備對手術(shù)造成的局限。倫敦大學研制出剛度可控的章魚狀外科手術(shù)機器人手臂，其應(yīng)用仿生原理，根據(jù)手臂機械性能的需要通過控制機械手臂的剛度更好地配合手術(shù)進行，柔軟的材質(zhì)將手術(shù)的傷害降到最低。

（編輯 宦菁 huanjing0511@sohu.com）