Besitzen Sie Ihren Roboter und essen Sie ihn auch! Wie essbare Roboter Elektroschrott reduzieren

Haben Sie sich jemals vorgestellt, einen Roboter zu essen? Es mag wie ein seltsames Konzept klingen – Lebensmittel sind biologisch und essbar, während herkömmliche Roboter anorganisch und ungenießbar sind – aber neue Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass dieses Konzept gar nicht so weit hergeholt ist. Denken Sie nur an die Menge an Elektroschrott, die vermieden werden könnte, wenn ein Gerät wie jedes andere Lebensmittel, das wir zu Ernährungszwecken zu uns nehmen, von unserem Körper verdaut würde.

Laut Valerio Francesco Annese, einem Forscher am italienischen Institut für Technologie, ist Nachhaltigkeit in der Robotik und Elektronik trotz der rasanten Fortschritte in diesen Bereichen oft ein zweitrangiger Aspekt. Dies hat dazu geführt, dass sich auf Mülldeponien Elektroschrott ansammelt, der giftige Schwermetalle in die Umgebung abgibt und eine Gesundheitsgefährdung darstellt. Aufgrund der unterschiedlichen Materialien, aus denen ein Gerät besteht, ist auch bei Elektronikgeräten ein komplizierter Recyclingweg erforderlich, was das Problem noch verschärft.

Essbare Elektronik würde dazu beitragen, diese Probleme zu mildern, da Geräte auf Lebensmittelbasis nicht nur biologisch abbaubar und biokompatibel sind, sondern ihre Bestandteile auch ungiftig sind. Ihr absichtlicher oder versehentlicher Verzehr wäre daher für Mensch und Tier ungefährlich.

Lebensmittelwissenschaft mit Robotik verbinden

Dieses futuristische Konzept wird von einer Gruppe von Forschern, darunter Annese, durch das in die Realität umgesetzt RoboFood Projekt.

„Das von Europa finanzierte RoboFood-Projekt zielt darauf ab, das aufstrebende Gebiet der essbaren Robotik voranzutreiben, das die Anwendung von aus Lebensmitteln gewonnenen Materialien in funktionierenden Robotern untersucht“, erklärte Annese. „Essbare Roboter sind nicht nur biologisch abbaubare Gegenstände aus essbaren Materialien, sondern können auch eine Ernährungsfunktion erfüllen.“

Unter der Leitung von Dario Floreano, dem Direktor des Labors für Intelligente Systeme an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), integriert RoboFood Lebensmittelwissenschaft mit Soft-Robotik. Diese Verschmelzung zweier sehr unterschiedlicher Bereiche inspiriert die Entwicklung neuer und interessanter Anwendungen, einschließlich kulinarischer Freizeiterlebnisse. Auf der Website von RoboFood werden wir aufgefordert, uns das folgende Szenario vorzustellen:

„Ihre Pizza bestellen und sie in wenigen Minuten von einer Drohne liefern lassen? Das könnte bald zur Routine werden. Aber wie wäre es, wenn man zum Nachtisch die Drohne selbst hätte, anstatt sie zurückzuschicken?“ er sagte.

Über die Erholung hinaus könnten essbare Drohnen Menschen in Notsituationen mit Nahrung versorgen, oder essbare Roboter-Beutetiere könnten wildlebende oder gefährdete Tiere mit Impfstoffen und Nahrungsergänzungsmitteln versorgen. Auf der anderen Seite könnten Roboternahrungsmittel, die aus essbaren Aktoren und Elektronik bestehen, die Lebensmittelsicherheit verbessern, indem sie das Verfallsdatum der Lebensmittel genau anzeigen und das Produkt während der Lagerung vor Hitze oder Feuchtigkeit schützen. Im Gesundheitswesen könnten essbare Geräte als nicht-invasive Diagnosewerkzeuge eingesetzt werden – beispielsweise im Magen-Darm-Trakt – und Roboternahrung könnte Patienten beim Schlucken von Medikamenten helfen.

Um diese Ziele zu erreichen, haben Robofood-Forscher bereits eine essbare wiederaufladbare Batterie auf Gelatinebasis gebaut (GelBat) und teilweise essbare Drohnen, die möglicherweise in unbemannten Transportmissionen zu Menschen eingesetzt werden könnten, die dringend Nahrung oder Medikamente benötigen.

Ein Roboter, den man essen kann?

Kürzlich hat das RoboFood-Team einen vollständig essbaren bistabilen Neigungssensor entwickelt, der auf einem ungenießbaren kommerziellen Analogon basiert. Roboter benötigen Rotationssensoren, um die Orientierung wahrzunehmen und autonom zu agieren. Daher markiert diese Entwicklung einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Verwirklichung funktionsfähiger, vollständig essbarer Roboter.

Bokeon Kwak, EPFL-Forscher und Mitglied des RoboFood-Projekts, erläuterte die Neuheit des Sensors: „Obwohl einige essbare Roboter bereits entwickelt wurden, verfügt keiner von ihnen über die Sensorfähigkeit, den Status ihrer Lokomotive, wie Körperorientierung und Bewegungsgeschwindigkeit, zu überwachen.“ . Unsere Implementierung stellt die erste Integration von essbaren Sensoren, Aktoren und Strukturkomponenten in dasselbe autonome System dar.“

Für die Herstellung des Sensors verwendeten Annese und seine Kollegen ausschließlich von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) zugelassene Zutaten. Sie laminierten Gold in Lebensmittelqualität auf Elektroden aus Ethylcellulose, einem Lebensmittelzusatzstoff namens E 462, und formten aus einer Mischung aus Aktivkohle, Bienenwachs und Sonnenblumenöl eine elektrisch leitfähige Masse, die den Stromfluss steuert. Sie verkapselten das System in Gelatine und verwendeten Haribo-Gummibärchen als Abstandshalter, um die Elektroden zu trennen. Der Sensor war mit einer zuvor entwickelten essbaren Batterie kompatibel und konnte mindestens 259 Tage lang einen nachweisbaren Ausgang liefern.

Als Machbarkeitsnachweis integrierten die Forscher sechs dieser essbaren Rotationssensoren in einen rollenden Roboter und ahmten Tiere nach, die ihren Körper zusammenrollen und als Fortbewegungsmittel rollen, wie Raupen oder Garnelen. Die Rollbewegung wurde durch ein großes essbares Rad aus Ethylzellulose, Carnaubawachs und Olivenöl unterstützt.

„Der Roboter kann seine Ausrichtung autonom abschätzen und eines seiner sechs Gelatinebeine aktivieren, um autonom vorwärts zu rollen“, erklärt Annese.

Obwohl der Roboter einige ungenießbare Komponenten enthält, darunter die elektronische Schaltung, den Mikrocontroller, die pneumatischen Komponenten und die Batterie, ist der vollständig essbare Sensor mit diesen Komponenten kompatibel, was zeigt, dass teilweise essbare Roboter in naher Zukunft praktisch umgesetzt werden könnten.

Ein weiterer neuartiger Aspekt des rollenden Roboters ist sein Nährwert. Ungefähr 36 % des Robotergewichts bestehen aus essbaren Materialien, und sein Kaloriengehalt wird auf 807,5 Kilokalorien geschätzt, was etwa 30 % der empfohlenen täglichen Kalorienaufnahme eines erwachsenen Mannes entspricht. Diese einzigartige Funktion könnte neben anderen ernährungsorientierten Anwendungen den Bedarf an Nahrungsmitteln bei Rettungseinsätzen überflüssig machen.

Obwohl die aktuelle Version des Roboters einige Einschränkungen aufweist, einschließlich gelegentlicher Ausfälle von Sensoren und Gelatineaktoren, zeigt seine Gesamtleistung, dass eine autonome Fortbewegung mithilfe essbarer Komponenten möglich ist.

„Die nächsten Schritte umfassen die Implementierung zusätzlicher essbarer Komponenten wie essbarer elektronischer Logikschaltkreise und Sensoren, die Reduzierung der Größe hin zur Miniaturisierung und die Identifizierung neuartiger essbarer Aktoren mit dem Ziel, einen vollständig essbaren Roboter zu verwirklichen“, sagte uns Annette .

„Wir hoffen, dass unsere Arbeit Designer dazu bewegen kann, nach Möglichkeit biologisch abbaubare und sogar essbare Materialien anstelle von nicht abbaubaren Materialien in Betracht zu ziehen, was einen unmittelbaren Effekt auf die Eindämmung der Ansammlung von Elektroschrott hat“, fügte er hinzu.

Referenz: Ein essbarer bistabiler Neigungssensor, der den autonomen Betrieb eines teilweise essbaren Rollroboters ermöglicht, Fortgeschrittene Sensorforschung (2023). DOI: Adsr.202300092