Jedlé batérie, senzory a aktuátory vedú k robotom určeným na jedenie

Predstavte si, že si objednáte donášku dronom a potom, čo zjete jedlo, zjete aj dron ako dezert. Prvá časť sa deje už nejaký čas; druhá - jedlý robot - by podľa vedcov zo Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu (EPFL) mohla prísť už čoskoro.

„Spojenie robotov a jedla je fascinujúca výzva,“ povedal Dario Floreano, riaditeľ laboratória inteligentných systémov z EPFL a hlavný autor nedávno publikovaného perspektívneho článku, ktorý sa zaoberal tým, ako ďaleko sme od reality jedlých robotov. „Stále zisťujeme, ktoré jedlé materiály fungujú podobne ako tie nejedlé.“

Na prvý pohľad sa zdá, že jedlo a roboty sú na opačných koncoch vedeckého spektra. Podľa autorov článku však jedlé roboty nie sú len novinkou, za ktorú by ste zaplatili množstvo peňazí, aby ste ich videli na tanieri v špičkovej reštaurácii. Majú širokú škálu potenciálnych aplikácií v oblastiach ako je ľudské zdravie a výživa, ochrana voľne žijúcich živočíchov a dobré životné podmienky zvierat a životné prostredie.

V jedlých robotoch je taký veľký potenciál, že Floreano sa v roku 2021 spojil s Remkom Boomom z Wageningenskej univerzity v Holandsku, Jonathanom Rossiterom z Bristolskej univerzity vo Veľkej Británii a Mariom Caironim z Talianskeho technologického inštitútu (IIT), aby spustili projekt RoboFood. Projekt pritom získal podporu vo forme financovania EÚ vo výške 3,5 milióna EUR počas štyroch rokov.

Podľa webovej stránky RoboFood je „hlavným cieľom projektu položiť vedecké a technologické základy pre vývoj skutočne jedlých robotov a robotického jedla“. Za týmto účelom sa pozrime na časový plán vývoja jedlých robotov, ktorý, ako väčšina vecí súvisiacich s technikou, napreduje rýchlym tempom.

V roku 2017 vedci z EPFL vytvorili uchopovať schopný manipulovať s jablkom, ktorý bol vyrobený z dvoch plne jedlých pohonov. Samotné aktuátory boli vyrobené zo želatínovo-glycerolového materiálu s mechanickými vlastnosťami, aké sa nachádzajú v silikónových elastoméroch.

Vedci z EPFL a Wageningenskej univerzity navrhli v roku 2022 dron s pevnými krídlami vyrobenými z nafukovaných ryžových koláčikov zlepených želatínou. Je pravda, že iba krídla dronu boli jedlé, ale letel rýchlosťou 10 metrov za sekundu a mohol niesť 50 % svojej vlastnej hmotnosti ako jedlé úžitkové zaťaženie.

V roku 2023 výskumníci z IIT vytvorili jedlú nabíjateľnú batériu vytvorením anódy z riboflavínu (vitamín B2) a katódy z kvercetínu, zdraviu prospešného prírodného pigmentu, ktorý sa nachádza v červenej cibuli, kapary a keli. Aktívne uhlie zvýšilo vodivosť, zatiaľ čo morské riasy nori boli použité na zabránenie skratu. Batéria je zabalená včelím voskom a pracuje pri 0,65 voltoch, čo je stále bezpečné napätie na požitie. Dve batérie zapojené do série napájali LED diódu po dobu asi 10 minút.

V roku 2024 vedci z Bristolskej univerzity, IIT a EPFL vytvorili prvý jedlý snímač napätia založený na elektronickom vedení. Kľúčom je nový vodivý atrament, kombinácia aktívneho uhlia, gumových medvedíkov Haribo a zmesi vody a etanolu. Keď sa atrament nastrieka na jedlý substrát, dajú sa zjesť oboje zložky.

„Existuje veľa výskumov o jednotlivých jedlých komponentoch, ako sú aktuátory, senzory a batérie,“ povedal Bokeon Kwak, člen tímu RoboFood a jeden zo spoluautorov perspektívneho dokumentu. „Najväčšou technickou výzvou je však zostavenie častí, ktoré na fungovanie využívajú elektrickú energiu, ako sú batérie a senzory, s tými, ktoré na pohyb využívajú tekutiny a tlak, ako sú aktuátory.“

Vo svojom príspevku výskumníci uvádzajú výzvy, ktorým v súčasnosti čelí realizácia jedlých robotov. Existujúce jedlé pohony a batérie majú stále nižší výkon, výdrž a spoľahlivosť v porovnaní s ich nepožívateľnými náprotivkami, alebo vyžadujú použitie nepožívateľných častí. Ďalšou výzvou je, že hoci sa mnohé jedlé zložky vyrábajú z vecí, ktoré bežne jeme, sú potrebné ďalšie štúdie, aby sa zistilo, ako interagujú s tráviacim systémom. A potom je tu miniaturizácia, vďaka ktorej sú roboty dostatočne malé na to, aby boli jedinou, prehltateľnou entitou. Napokon, jedlé roboty musia v konečnom dôsledku slúžiť nejakému účelu.

Na aké účely teda výskumníci predpokladajú, že budú fungovať? Príklady, ktoré uvádzajú vo svojom príspevku, zahŕňajú analýzu tráviaceho traktu a presné podávanie liekov, manévrovanie dolu pažerákom na odstránenie blokád potravy, poskytovanie výživy ľuďom a zvieratám, ochranu zdravia divých a domestikovaných zvierat, vrátane podávania vakcín, monitorovania životného prostredia a, samozrejme, poskytnutie nového kulinárskeho zážitku. Keďže jedlé roboty by boli aj biologicky odbúrateľné, sú ekologickejšie ako alternatíva.

Dôležitá otázka si vyžaduje odpoveď: Ako budú ľudia reagovať na zjedenie robota? Niektoré odpovede poskytla štúdia z roku 2024, kde výskumníci dali účastníkom roboty vyrobené z cukru a želatíny – jeden pohyblivý, jeden nie – a merali ich vnímanie a chuťové skúsenosti. Zistili, že pohybujúci sa robot bol vnímaný ako „stvorenie“, zatiaľ čo stacionárny bol „jedlo“. Pohyb však dodáva väčšiu chuť.

Pohybujúci sa robot bol často označovaný ako „sladký“ a účastníci spomínali špecifické chute, ako napríklad „jablko“, v porovnaní s nepohyblivým robotom, ktorý bol označovaný jeho základnými komponentmi, čo naznačuje, že účastníci verili že pohybujúce sa a nepohybujúce sa roboty boli vyrobené z rôznych materiálov. Okrem toho pri žuvaní pohybujúceho sa robota účastníci opísali zreteľne odlišné textúry, než keď sa robot nehýbal. Jedným z možných vysvetlení, ktoré výskumníci ponúkajú, je, že účastníci pripisovali robotovi živé vlastnosti, keď sa pohyboval, že bol viac „živý“.

Autori aktuálneho článku nešpekulovali o tom, kedy by sme mohli vidieť jedlých robotov na našich tanieroch. Aj keď je ešte potrebné prekonať spomínané technické prekážky, vzhľadom na závratnú rýchlosť, s akou technológie napredujú, zrejme nebudeme musieť dlho čakať. Článok bol publikovaný v magazíne Nature Reviews Materials.