В недавнем перспективном обзоре, опубликованном в журнале Nature Reviews Materials исследователи сопоставляют и обсуждают текущий прогресс в области съедобных материалов и то, как эти материалы можно использовать для разработки роботизированных продуктов питания и съедобных роботов. Они ссылаются на более чем 150 публикаций, описывая, как съедобные материалы могут составлять основу компонентов роботов, в частности, роль и полезность этих материалов в качестве прямых источников энергии, корпусов роботов, исполнительных механизмов, вычислительных ресурсов и датчиков. Кроме того, они обсуждают производственные процессы, разрабатываемые в настоящее время в этой области, проблемы, с которыми в настоящее время сталкиваются исследования и промышленное внедрение этих технологий, а также примеры съедобных роботов и роботизированных пищевых продуктов, уже присутствующих в современном футуристическом мире.
В совокупности этот обзор освещает научные, психологические и технологические вопросы, ответы на которые позволят создать новое поколение съедобных роботов. Эти роботы, в свою очередь, позволят целенаправленно доставлять медицинские и питательные компоненты как людям, так и животным, а также уменьшат количество отходов и загрязнение окружающей среды, которые порождают современные роботизированные подходы.
Роботы как пища – ортогональные исследования или неиспользованный потенциал?
Представьте себе мир, в котором вы могли бы заказать пиццу и попросить автоматизированного робота-дрона доставить ее вместо вашего местного разносчика пиццы. Учитывая современные достижения в области робототехники, это может показаться не очень притянутым за уши — некоторые рестораны уже используют эти подходы в дополнение к роботам-официантам и поварам. Что, если я попрошу вас представить себе мир, в котором сам доставочный дрон можно было бы съесть в качестве десерта вместо того, чтобы возвращать в ресторан? Похоже на что-то прямо из романа Герберта Уэллса (отца научной фантастики), не так ли?
Удивительно, но будущее, в котором будут происходить подобные сценарии, может быть неизбежным. Пищевая промышленность и проектирование роботов, хотя и кажутся отдельными и независимыми областями исследований, существенно пересекаются в свойствах материалов, функциональности и производстве. При правильном использовании они могут стать будущими инновационными решениями для решения проблем в области питания, медицины и охраны окружающей среды в ближайшие дни.
«Роботы — особенно мягкие роботы — часто черпают вдохновение в биологии, но в то время как биологические организмы в конце своей жизни становятся пищей для других организмов, роботы становятся отходами и источником загрязнения. Растущее внедрение робототехнических технологий для экологических применений побуждает исследователей использовать биоразлагаемые компоненты и разрабатывать новые способы сделать жизненный цикл роботов более устойчивым «.
В настоящее время исследователи стремятся сделать еще один шаг вперед в разработке экологически чистых роботов – «съедобных» роботов, которые разлагаются и усваиваются организмом и обеспечивают пищевую или лекарственную ценность. Эти устройства обладают огромным потенциалом в здравоохранении, включая доставку экстренного питания, анализ состояния органов и доставку высокоточных лекарств, при этом они значительно более экологичны, чем традиционные подходы.
«… мы используем термин «съедобные роботы», когда говорим об устройствах, имеющих форму или функции несъедобных роботов, и термин «роботизированная еда», когда говорим об устройствах с формами или функциями, типичными для продуктов питания».
Растущий объем литературы раскрывает потенциал материалов, полученных из биомолекул, при разработке управляемых и программируемых компонентов съедобных роботов, таких как материалы корпуса (например, целлюлоза и хитозан), исполнительные механизмы (например, гидрогели, желатин и крахмал), сенсоры (например, рисовая бумага, обогащенная целлюлозой, для измерения влажности и пленки на основе пектина для измерения температуры) и энергия (например, гранулы активированного угля).
Проблемы съедобной робототехники
Вычисления, процесс, посредством которого роботы преобразуют сенсорные данные в действия, остается одной из основных проблем в съедобной робототехнике. Специализированные вычислительные устройства обычно используют полупроводниковые материалы (например, транзисторы) для обработки информации. Хотя биомолекулы-кандидаты (например, каротиноиды, пищевые красители и ксилиндеин, полученный из грибов) были идентифицированы и описаны, их внедрение в продукты для роботов остается безуспешным, в основном из-за текущих характеристик, стабильности и ограничений производительности.
Еще одним примечательным ограничением является отсутствие клинического подтверждения безопасности съедобной робототехники. Хотя большинство разрабатываемых материалов легко усваиваются и, следовательно, считаются «безопасными» для употребления человеком или животным, нынешний дефицит прототипов продуктов для роботов не позволяет клиническим испытаниям четко подтвердить их безопасность в биологических / модельных системах. Это подтверждает аргумент о том, что, хотя некоторые компоненты пищи для роботов (биомолекулы) могут быть независимо безопасными для употребления, перекрестная реактивность нескольких из этих компонентов может привести к непредвиденным неблагоприятным последствиям.
Миниатюризация и контроль качества являются дополнительными сложностями, которые касаются «умных» съедобных роботов, предназначенных для оценки функций организма и автономного выполнения медицинских вмешательств (например, точной доставки лекарств). В отличие от своих аналогов, предназначенных исключительно для питания, которые сравнительно просты и могут потребляться по частям по мере необходимости, эти операционные роботы состоят из гораздо большего количества компонентов, которые должны работать в унисон, и выход из строя любого одного компонента может привести к катастрофическим последствиям.
«В то время как некоторые компоненты, такие как съедобные корпуса, электрические цепи и датчики, уже демонстрируют надежную работу и вскоре могут найти применение в интеллектуальной доставке лекарств, умной упаковке и мониторинге окружающей среды, другие компоненты, такие как съедобные приводы и источники энергии, по-прежнему обладают меньшей мощностью, долговечностью и надежностью, чем их несъедобные аналоги, или требуют использования несъедобных деталей».
Выводы
В настоящем обзоре рассматривается точка зрения разработчика роботов, направленная на освещение исследований материалов биологического происхождения с потенциальным применением в съедобных роботах и продуктах для роботов. В ближайшем будущем эти материалы могут выполнять пищевые, гастрономические, экологические, медицинские и даже природоохранные функции и даже представлять собой передовые достижения как материаловедения, так и робототехники. Однако, учитывая прискорбную нехватку информации о влиянии производства (методов обработки) на целостность и безопасность компонентов, внедрение вычислений в «умных» съедобных роботов и клиническую проверку их безопасности для употребления в пищу людьми и животными, требуются значительные исследования, прежде чем эти технологические чудеса увидят свет.
Несмотря на эти ограничения, съедобная робототехника и продукты для роботов имеют все возможности произвести революцию в области медицины, охраны окружающей среды и питания. После решения актуальных научных, психологических, этических и технологических вопросов будущее, в котором вы сможете есть с помощью дрона для доставки пиццы, может оказаться не за горами.
