机器人的可食用未来

付静

材料驱动技术进步，机器人领域也因此不断推陈出新。

用可食用材料做一个机器人，大小和外形就和一颗胶囊差不多，这样的机器人能食用吗？如果能吃，你对它的期待是怎样的？Q爽弹牙、油而不腻、入口即化……这样说好像和机器人的“人设”不太相符。用专业的话来说，应该是：遇热自动伸展，可受磁铁控制，进入体内后不仅会像跳跳糖一样“尬舞”，还能将误吞食的电池取出来。

2016年国际机器人与自动化大会上，就有这样一款可食用胶囊机器人重磅亮相。时隔4年后，奥地利约翰尼斯·开普勒林茨大学的一组研究人员也发明了一种可食用机器人。

制作这款机器人，使用的是基于食用级材料明胶的一种通用生物凝胶。在题为《用于制造软体机器人等电子产品的有弹性、可完全降解的明胶基生物凝胶》的论文中，研究团队详细介绍了这款机器人和它背后的神奇材料。

论文中，研究人员开门见山：材料驱动技术进步。

目前，用于软体机器人和可拉伸电子器件的生物主要为可降解和生物相容弹性材料，具有一系列特性，如：优良的机械性能、可谐调性、可变更性、可自愈性。但研究团队认为，这种材料在环境中并不耐用，无法将所有特性同时体现在一个产品或平台中。因此研究团队开发了一种多功能明胶基生物凝胶。这种材料弹力很强，可自我粘附、快速愈合、易于复制和缩放，能在处理时完全降解。

据了解，这种材料完全由天然成分和食品级安全材质构成，其中包括：可被人体完全降解的明胶;可阻止细菌生长的柠檬酸;可防止细菌滋生及脱水的甘油。

这里值得一提的是研究人员对于基本成分的选择过程。据论文介绍，研究人员为确定一种成分，对多种聚酯纤维和水凝胶成分做了对比，主要考虑的因素包括使用期限、机械性能、成本、可加工性、可合成性和降解能力。

经对比，研究人员最后选定了明胶。之所以会用到明胶，就在于基于明胶的生物凝胶容易得到、无需合成，可以添加水溶性添加剂。同时，由于降解速率快，不仅对环境无害，甚至还可食用。

实际上，很多人对明胶并不陌生，从胶片、食品、化妆品到药品，明胶可谓无处不在。同时，明胶也已经用于药物递送和骨组织工程等领域，比如 3D 打印器官和制造机器人。

为测试降解能力，研究团队将制成的生物凝胶片浸入23℃的去离子水中，发现数小时后生物凝胶片便会溶解。正因如此，研究团队表示，这种生物凝胶十分适合临时安装和需经常更新的场景，一经触发，将在几天内分解，可在瞬态装置中获益。

除此之外，研究团队还通过废水中微生物的生物需氧量（BOD）来测量生物凝胶的完全需氧分解能力。结果表明，10天可除去60%有机化合物。因此，基于该团队研制的生物凝胶，或许研究人员可以开辟水中、体内生物可降解应用的新途径。

研究团队在论文中写道：这种生物凝胶向打造持久的、可持续的软体机器人和电子系统迈进了一步。

那么，基于上述材料制作出的机器人是怎样的呢？外形上，研究人员受到了大象的启发。由于明胶可以食用，所以这种生物凝胶还可以用来给动物喂药，比如制作一个伪装成猎物或食物的机器人。它还可以用来制造更安全的儿童玩具，不过，这些电子器件和传感器目前还不能食用。

当然了，不仅是外形类似大象，由于集成了可反馈和控制的传感器，机器人的象鼻子也能抓住物体。材料上，研究人员在生物凝胶的基础上，结合了纤维素、锌等天然衍生材料。其中，纤维素是一种常见的结构多糖，被用作动态环境中的柔性气动生物凝胶致动器外骨架。而将生物凝胶与结构化锌电极相结合，可使电子皮肤（新型可穿戴柔性仿生触觉传感器）完全降解。

因此，从机器人原件到可延伸电子设备，整个系统都是可生物降解的。研究团队也称：这为未来模拟我们自己皮肤的生物医学设备铺平了道路。

上文提到，生物凝胶能在废水中处理时完全降解，所以可能会有人质疑这款机器人的机械性能。考虑到这一点，研究团队也解释，生物凝胶可在环境条件下保持其机械性能一年以上;在没有失效的情况下，软制动器可承受超过33万次的循环。

论文合著者之一Martin Kaltenbrunner曾发问：我们能否同时开发出一种使用时非常可靠、触发时又会完全降解的材料？现在看来，团队用其成果给出了答案。

最后，回答一个重要问题，机器人能食用吗？根据研究团队的说法，虽然生物凝胶可食用，但这款机器人的电子原件和传感器目前还不能食用。实际上，早在2017 年，洛桑联邦理工学院智能系统实验室就推出了一款外形酷似软糖的可食用机器人，完全可以食用，也是由明胶制成。这种机器人能够与营养品、药物等成分混合，被人体消化和代谢，我们可以把机器人等同于一种食物。可见，这款被称为医疗黑科技的机器人是能被我们吃掉的，而在安全性方面，IEEE Spectrum 编辑 Evan Ackerman 的一句话也给我们吃了一颗定心丸：“据我们所知，截至目前，还没有一个可食用机器人在被人吃过以后，自己从人们的胃里爬出来过。”

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医疗军事领域成软体机器人“发力点”

除了常见的机械臂和金属材料，机器人领域还有一种用特殊材料制成的软体机器人，这类机器人可以模仿生物的移动方式，以适应各种不同的环境。与传统的刚性机器人不同，软体机器人有很高的灵活性和适应性，能在有限的空间里完成复杂的工作，这些特性让软体机器人广泛应用于医疗和军事领域。

軟体机器人模仿于自然界的许多软体动物，由可以承受大应变的柔软材料制成，且具有多自由度和连续变换的能力，可在大范围内任意改变身形和尺寸。因为主动变形与被动变形能力的结合，机器人可以挤过比自身常态尺寸小的缝隙，进入传统机器人无法进入的空间。

从目前来看，软体机器人的落地商业场景主要是医疗和军用场景。智能相对论（aixdlun）分析师柯鸣认为，目前软体机器人的发展前景相当可期，学术界也正在如火如荼地进行着此类研究，科学家们试图创造一种不同于传统机器人的新型机器人整体。

从军事应用场景来看，软体机器人确实大有发展空间。“以柔克刚”的自身体质可以让机器人在收到外界冲击和破坏时不易受损，这极大地增强了软体机器人的存活能力。此外，由于不具备电子元件，软体机器人在电磁侦察系统下容易躲避各类设备的追踪。未来，加装了特定武器的软体机器人，可以更便利地承担各类侦查任务，甚至可以在特定条件下给敌人以致命一击。

在医疗领域，“人小鬼大”的软机器人还可以成为医生的优秀医疗助手。软体机器人的硬度与柔软度与人类皮肤和肌肉较为接近，可穿戴性和皮肤亲和性较好。在微创手术领域，软体机器人更是有着极大的“用武之地”。软体机器人的应用，可以突破传统微创外科手术方法的局限，比如，自由度低的手术设备对手术造成的局限。伦敦大学研制出刚度可控的章鱼状外科手术机器人手臂，其应用仿生原理，根据手臂机械性能的需要通过控制机械手臂的刚度更好地配合手术进行，柔软的材质将手术的伤害降到最低。

（编辑 宦菁 huanjing0511@sohu.com）