RoboFood – jadalne roboty ułatwiające i ratujące życie

2024-09-10

Jeśli pokonamy pewne przeszkody techniczne, na nasze talerze mogą wkrótce trafić w pełni jadalne roboty – twierdzą naukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie, zaangażowani w finansowany przez UE projekt RoboFood, którego celem jest połączenie robotów i żywności.

RoboFood na styku technologii i żywienia

Opis tego, czym się zajmują naukowcy z Lozanny, brzmi niczym opowiadanie z gatunku science fiction: „Zamówienie pizzy i dostarczenie jej w ciągu kilku minut przez drona? To może wkrótce stać się rutyną. 

Ale co z jedzeniem samego drona na deser, zamiast odsyłania go z powrotem? To byłoby zupełnie nowe terytorium technologiczne z zastosowaniami wykraczającymi poza posiłki na wynos”.

– Łącząc naukę o żywności i robotyce w radykalnie nowy sposób, projekt RoboFood po raz pierwszy stworzy roboty, które można zjeść i żywność zachowującą się jak roboty – deklaruje Dario Floreano, dyrektor Laboratorium Inteligentnych Systemów Politechniki Federalnej w Lozannie.

Jadalne roboty ratujące życie

To on w 2021 roku połączył siły z naukowcami: Remko Boomem z Uniwersytetu Wageningen w Holandii, Jonathanem Rossiterem z Uniwersytetu w Bristolu w Wielkiej Brytanii i Mario Caironim z Włoskiego Instytutu Technologii. Uruchomili projekt RoboFood, zdobyli finansowanie z Unii Europejskiej w wysokości 3,5 mln euro przez cztery lata.

Naukowcy podkreślają, że takie jadalne roboty mogłyby dostarczać ludziom ratujące życie pożywienie w sytuacjach awaryjnych, a także szczepionki i suplementy diety zagrożonym gatunkom zwierząt. 

Z drugiej strony żywność robotyczna z jadalnymi siłownikami i elektroniką mogłaby zdradzić, kiedy jest dobrze zakonserwowana i bezpieczna do spożycia, chronić się przed nadmiernym ciepłem lub wilgocią podczas przechowywania. 

To nie wszystko – mogłaby także ułatwić połykanie pacjentom neurologicznym i oddziaływać na ludzi oraz zwierzęta w zupełnie nowy sposób, aby realizować cele dietetyczne lub wpływać na nawyki żywieniowe.

Cele te – jak zaznaczają naukowcy – wymagają interdyscyplinarnego badania zasad robotyki i nauki o żywności, które mają bardzo różne i kontrastujące właściwości. 

Tradycyjne roboty to nieorganiczne systemy, które postrzegają środowisko i wykonują czynności. Żywność to w większości materiał organiczny, który można trawić i metabolizować, aby podtrzymywać życie.

Dario Floreano i pozostałe osoby z zespołu wykorzystują miękkie zasady robotyki i zaawansowane metody przetwarzania żywności. 

Ich celem jest znalezienie wspólnego gruntu i utorowanie drogi do nowej przestrzeni projektowej dla jadalnych robotów i robotycznej żywności. Zaznaczają, że projekt jest głęboko interdyscyplinarny, łączy dwie dziedziny, które prawie nigdy wcześniej nie wchodziły w interakcje.

Podkreślają, że roboty i żywność dzieli wszystko – roboty są nieorganiczne, nieporęczne i niejednorazowe, natomiast żywność jest organiczna, miękka i biodegradowalna.

fot. Prudence Earl on Unsplash

Od jadalnego chwytaka do robota

Naukowcy z Lozanny zaznaczają jednak, że są postępy w badaniach nad rozwojem jadalnych robotów, a efekty zapowiadają się obiecująco. 

Robotyczne jedzenie może zmniejszyć liczbę odpadów elektronicznych, pomóc w dostarczaniu żywności i leków ludziom oraz zwierzętom w potrzebie, a także monitorować stan zdrowia, a nawet… utorować drogę do nowych doświadczeń gastronomicznych.

Naukowcy poinformowali o tym, ile dzieli nas od posiadania w pełni jadalnego robota na lunch lub deser i co się z tym wiąże. – Połączenie robotów i żywności to fascynujące wyzwanie – mówi Dario Floreano, pierwszy autor artykułu w czasopiśmie „Nature Reviews Materials”. 

– Wciąż zastanawiamy się nad tym, które jadalne materiały działają podobnie do niejadalnych, na przykład żelatyna może zastąpić gumę, ciasteczka ryżowe są podobne do pianki, folia czekoladowa może chronić roboty w wilgotnym środowisku, a mieszanie skrobi i garbników może imitować komercyjne kleje.

Te i inne jadalne materiały stanowią składniki komponentów robotów. – Prowadzi się wiele badań nad pojedynczymi jadalnymi komponentami, takimi jak siłowniki, czujniki i baterie – mówi Bokeon Kwak, kolejny członek zespołu.

W 2017 roku naukowcy pomyślnie wyprodukowali jadalny chwytak, strukturę wykonaną z żelatyny, która może obsługiwać jabłko i być następnie zjedzona. 

Uczelnie biorące udział w projekcie niedawno opracowały nowy przewodzący atrament, który można rozpylać na żywność, aby wyczuć jej wzrost. Atrament zawiera węgiel aktywny jako przewodnik, a żelki Haribo są używane jako spoiwo. Inne czujniki mogą odbierać pH, światło i zginanie.

W 2023 roku naukowcy stworzyli pierwszą ładowalną baterię jadalną, wykorzystali ryboflawinę (witaminę B2) i kwercetynę (znajdującą się w migdałach i kaparach) w biegunach baterii, dodając węgiel aktywny, aby ułatwić transport elektronów oraz glony nori, używane do owijania sushi, aby zapobiec zwarciom. 

Zapakowana w wosk pszczeli, czterocentymetrowa, jadalna bateria może działać przy napięciu 0,65 V, co nadal jest bezpiecznym napięciem w przypadku połknięcia. Dwie jadalne baterie połączone szeregowo mogą zasilać diodę elektroluminescencyjną przez około 10 minut.

Dron ze skrzydłami z ciasteczek ryżowych

Gdy komponenty będą gotowe, celem będzie produkcja w pełni jadalnych robotów. Do tej pory naukowcom udało się zmontować częściowo jadalne systemy robotyczne. 

W 2022 roku naukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie i Uniwersytetu w Wageningen zaprojektowali drona ze skrzydłami z ciasteczek ryżowych sklejonych żelatyną. 

Naukowcy stworzyli również częściowo jadalnego, toczącego się robota, który wykorzystuje pneumatyczne nogi z żelatyny i jadalny czujnik przechyłu.

Zanim naukowcy opracowali przepis na w pełni jadalne roboty, stanęli przed kilkoma wyzwaniami. Jednym z nich jest brak zrozumienia, w jaki sposób ludzie oraz zwierzęta postrzegają przetworzoną żywność z zachowaniem reaktywnym i autonomicznym. 

Ponadto w pełni jadalna elektronika wykorzystująca tranzystory i przetwarzająca informacje jest nadal trudna do wytworzenia.

– Jednak największym wyzwaniem technicznym jest połączenie części, które wykorzystują energię elektryczną do działania, takich jak baterie i czujniki, z tymi, które wykorzystują płyny i ciśnienie do poruszania się, takimi jak siłowniki – mówi Bokeon Kwak.

Po zintegrowaniu wszystkich komponentów naukowcy muszą je zminiaturyzować, wydłużyć okres przydatności do spożycia robotycznego jedzenia… i nadać robotom przyjemny smak.

fot. Epicurrence on Unsplash

Cele projektu RoboFood

Nadrzędnym celem projektu RoboFood jest położenie naukowych i technologicznych fundamentów pod rozwój prawdziwie jadalnych robotów i robotycznej żywności, które z kolei mogą zapewnić nowe funkcjonalności oraz usługi dla zdrowia ludzi i zwierząt, społeczeństwa, a także środowiska. 

Aby kompleksowo zrealizować te cele, zdefiniowano pięć konkretnych celów strategicznych projektu:

1. Stworzenie biblioteki inteligentnych materiałów jadalnych, które zapewniają odpowiednie właściwości transdukcji mechaniczno-chemiczno-elektrycznej (transdukcja to proces wprowadzania nowego genu do komórki przez bakteriofagi).
2. Opracowanie procedur produkcji i przetwarzania jadalnych robotów oraz robotycznej żywności, metod oceny właściwości fizycznych, odżywczych i konserwujących, a także nowych metod zarządzania okresem przydatności do spożycia.
3. Stworzenie kompletnych jadalnych komponentów, w tym czujników, siłowników, źródeł energii, zbieraczy energii, logiki sterowania i struktur mechanicznych.
4. Opracowanie metod integracji systemów, pakowania i konserwacji.
5. Naukowcy chcą stworzyć trzy różne jadalne roboty: Rescue RoboFood, czyli jadalny dron do zdalnego ratownictwa i pomocy w sytuacjach katastrof; RoboFeed do ochrony dzikich zwierząt i dobrostanu w hodowli zwierząt oraz RoboFood dla ludzi, do zarządzania dietą, zdrowego odżywiania i leczenia zaburzeń połykania.