摘要：近年来，随着5G、物联网、人工智能等新兴技术与消费电子产品的融合，人们身边的电子产品日益丰富。与此同时，这带来了数量巨大的电子垃圾。在全球每年产生4000万吨电子垃圾的背景下，以“从自然中来，回自然中去”为设计理念的可降解、可食用机器人正在重新定义科技与环境的

近年来，随着5G、物联网、人工智能等新兴技术与消费电子产品的融合，人们身边的电子产品日益丰富。与此同时，这带来了数量巨大的电子垃圾。在全球每年产生4000万吨电子垃圾的背景下，以“从自然中来，回自然中去”为设计理念的可降解、可食用机器人正在重新定义科技与环境的和谐关系。

降低对环境的负面影响

近年来，软体机器人由于其高度柔性和顺应性的特点，可以高度适配用户友好的人机交互界面，获得了蓬勃的发展。目前，基于化学合成的橡胶态软材料由于其较好的成型性、弹性、稳定性以及多功能性，成为软体机器人构筑用材料的主要选择。然而，这些橡胶态软材料的制备过程通常涉及对环境有害的有机溶剂或者产生无法降解的产物，对于机器人领域的可持续发展产生严重的负面影响。为了解决机器人制备过程中对于环境的负面影响，研究者们开始开发可回收或可降解凝胶，用于构筑软体机器人，但是所构筑的软体机器人通常只具有单一的驱动或传感功能，并且由于凝胶材料力学性能的限制，所构筑的机器人性能通常较差。因此，亟需开发一种新型机器人结构，实现具有全机器人功能的可靠、可持续以及可降解的软体机器人系统。

3年前，西湖大学工学院机械工程讲席教授姜汉卿带领团队开始了可降解机器人的研究。日前，其最新成果“模块化自感知折纸机器人”发表在《科学进展》杂志上。研究团队开发的折纸机器人模块呈透明状。通电后，它可以接受遥控指令，向不同方向、不同角度弯曲或扭动——一会儿像一条有生命的尾巴，一会也能弯成字母“S”的形状。“这是一只可降解的‘机械臂’。”该研究的共同第一作者、助理研究员卫平东介绍，“在制作过程中，基本上所有材料都是纯天然的。”主材料纤维素薄膜由棉花提取物制成，传感器则是用猪皮制成的一种明胶基离子凝胶。经试验，在正常的土壤里，这个机器人模块8周时间就能降解98%以上。

“我们对主材料纤维素进行了详细的生命周期评价。”卫平东介绍道，这种材料不仅具有优异的生物降解性和生物相容性，其制备工艺的环境影响也保持在较低水平。他补充道，如果未来能引入可再生能源，开发规模化生产工艺，环境影响还可以进一步降低。

“因为所有材料都是生物材料，所以，理论上这个模块是可食用的。” 卫平东笑道，也许未来在资源紧缺的航天领域，可食用的机器人可以在关键时刻，满足航天员们的生存需求。

在瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL），科研团队以鱼饲料为原料，打造出一款水上机器人，机器人所有组件均可生物降解。在EPFL智能系统实验室内，达里奥·弗洛雷亚诺教授团队打造出的水上机器人形似微型摩托艇，长约5厘米，平均重1.43克，在水中最快每秒可移动15厘米。这款机器人的奥秘在于其独特的构造。主体结构由冻干鱼饲料构成，动力源自水触发的化学反应：柠檬酸与碳酸氢钠发生反应产生二氧化碳，气体压力迫使丙二醇喷出，导致局部水面张力骤降形成推力，可推动机器人持续运动数分钟。

研究人员表示，当机器人完成任务后，它会像泡发的茶叶一样吸水变软，慢慢沉入水中，成为鱼儿的“美餐”。

让机器人生命周期更具可持续性

机器人设计与食品加工看似是两个互不相干的研究领域，但在材料特性、制造工艺和功能方面，它们存在大量尚未得到开发的重叠领域。人们在制造机器人尤其是软体机器人的时候，往往从生物学中汲取灵感。但是，与生物有机体在生命终结时会成为其他有机体的营养来源不同的是，机器人最终会变成废物和污染源。随着机器人技术在环境应用中的日益普及，促使学界开始采用可生物降解的组件，并通过开发新方法来让机器人的生命周期更具可持续性。

达里奥·弗洛雷亚诺教授团队主导的另外一项“机器食品”（RoboFood）项目于2021年启动，旨在打造可食用机器人，用于食品保鲜、紧急营养补给、人类和兽医学等领域。该实验室已研发多项创新成果，如可食用流体电路、用于监测作物生长的可食用导电油墨等。可食用机器人不仅有助于巧妙化解传统电子设备污染难题，还正在开启多重领域的创新之门，有望在医疗保健、环境管理等方面大显身手。

近日，EPFL科研团队与意大利科学家携手，推出一款可完全食用的机器人婚礼蛋糕RoboCake。这款机器人婚礼蛋糕的亮点在于拥有两个完全可食用的机器人小熊，它们由明胶、糖浆和着色剂制成，研究人员表示，它的味道尝起来像石榴软糖。机器人小熊由内部气动系统驱动，当空气通过专用通道注入时，它们的头部和手臂就会动起来。与此同时，这款蛋糕搭载由意大利技术研究院团队开发的可食用充电电池。该款电池由意大利技术研究院团队此前的电池迭代而来，其由维生素B2、槲皮素、活性炭和巧克力制成。这些电池不仅可以被安全食用，还能用来点亮蛋糕上的LED蜡烛。为了确保可食用机器人婚礼蛋糕兼具美味和安全性，瑞士洛桑高等酒店管理学院的食品专家和糕点师参与了蛋糕制作，从而将技术、电子和美味融为一体。

研究团队表示，可食用机器人和机器人食品，有望为人类、动物和环境带来以下益处。其一，可食用机器人可以分析胃肠道和精准递送药物，或沿着食道移动以便降低吸入性肺炎的风险，同时能够避免可吞服设备带来的健康风险与环境危害。其二，部署可食用机器人将更加环保。这种机器人比传统机器人更友好，因为它的大部分部件要么能被食用、要么能被生物降解，进而能将其组成营养成分提供给环境，从而促进食物链的循环。其三，机器人食品可用于人类和动物的营养补充。在紧急情况下，可食用机器人还可以提供挽救生命所需的营养。其在宠物和野生动物营养提升上也具有潜力，因为动物天生会被移动的食物源所吸引。其四，带有疫苗的移动式机器人食品可以分散到森林中特殊设立的区域，以便吸引并处理野猪等隐居动物，从而防止疾病传播。

此外，可食用机器人还能给人提供新颖的美食体验。例如，咬下第一口RoboCake是浓郁的黑巧克力味，随后会让人感受到电解质的微酸刺激，这种“会变味的蛋糕”展现了食品科技的无限可能。

在可食用机器人快速发展的同时，科学家们也在审慎思考其潜在风险以及面临的挑战。小型化和质量控制是可食用机器人亟待解决的难题。如果这些机器人旨在评估身体机能并自主执行医疗干预（如精准给药），其体积必须足够小。此外，与相对简单的单纯营养机器人不同，这种机器人由更多组件构成，且组件间必须协同工作，任何故障都可能导致灾难性后果。因此，必须进行质量控制，确保 其在体内运作时万无一失。

来源：中国食品报一点号