Letalnik iz riža in čokolade ter jedilne baterije

Združevanje prehranske znanosti in znanosti o robotiki bi lahko prineslo veliko koristi. Te segajo od prevozov hrane po zraku do naprednega spremljanja zdravstvenega stanja.

Profesor Dario Floreano je švicarsko-italijanski robotik in inženir, ki se ukvarja z drznim raziskovalnim podvigom – izdelavo užitnih robotov in prebavljive elektronike. »Naš cilj je, da začnemo elektronske dele nadomeščati z užitnimi komponentami,« je poudaril Floreano, direktor laboratorija za inteligentne sisteme na švicarskem zveznem tehnološkem inštitutu v Lozani. V projektu Robofood, v katerem sodelujejo raziskovalci iz Švice, Italije, Nizozemske in Združenega kraljestva, želi premakniti meje raziskav v robotiki z ustvarjanjem robotov, ki jih je mogoče pojesti, in živil, ki se obnašajo kot roboti. Nad idejo o povezovanju področij, ki sta na prvi pogled diametralno nasprotna, se je navdušil leta 2017, ko je podoktorski raziskovalec po tedenskem sestanku v lozanskem laboratoriju izrekel bežno pripombo. Raziskovalec Jun Shintake je namreč ugotovil, da je glavna razlika med roboti in živimi organizmi v tem, da robotov ne morejo pojesti druge oblike življenja. ​Floreano je začel razmišljati o možnih načinih, kako to spremeniti.

Hrana, ki leti po zraku

Ekipa projekta Robofood je do zdaj že izdelala brezpilotno letalo s krili iz riževih kolačkov, zlepljenih z jedilnim oljem in čokolado. Dosežek je bil uresničen v sodelovanju z univerzo v Wageningenu na Nizozemskem. »Izdelali smo prvi dron, pri katerem je bilo 50 odstotkov mase užitne,« je pojasnil Floreano.

Raziskovalce je navdihnila zamisel, da bi bili lahko brezpilotni letalniki, ki se uporabljajo pri reševanju v nujnih primerih, tudi sami užitni. Floreano je dejal, da užitne sestavine njihovega letalnika izpolnjujejo standarde Združenih narodov za potrebe po hrani v kriznih razmerah. Najzahtevnejša naloga v projektu je bila izdelava kril iz užitnih materialov, ki so dovolj trpežni, da zdržijo veter, dež in visoke temperature.

Črevesni senzorji

Raziskovalci projekta so koncept razširili tudi na področje zdravja in izdelali užitno elektroniko, ki bi lahko pomagala pri zdravljenju ali spremljanju črevesnih bolezni.

Ekipa je v sodelovanju s profesorjem ​Jonathanom Rossiterjem, strokovnjakom za robotiko​​ ​ z bristolske univerze v Združenem kraljestvu, razvila prebavljive senzorje, ki jih v nasprotju s sedanjimi pripomočki za uporabo v črevesju bolniku ni treba izločiti ali odstraniti. Prebavljivi senzorji preprečujejo tveganje, da bi sicer neužitni materiali ostali v telesu. Čeprav so potrebna nadaljnja testiranja, senzorji kažejo, da je mogoče izdelati prebavljive strojne dele.

Razvili so tudi užitno različico sestavnega dela, ki omogoča delovanje robota. Del, imenovan aktuator, je del stroja, ki s pretvorbo energije v mehansko silo omogoča fizično gibanje. Povedano drugače, gre za del, ki bi robotu omogočil, da naredi nekaj koristnega, ko ga človek pogoltne.

Dodatna korist teh raziskav je prijaznost do okolja. Materiali in postopki, primerni za živila, ki jih je mogoče zlahka razgraditi ali celo zaužiti, bi pomagali odpraviti vse večje količine elektronskih odpadkov na svetu. Eden od partnerjev v projektu Robofood je tudi inženir dr. Mario Caironi, višji raziskovalec na italijanskem tehnološkem inštitutu v Genovi. »Začeli smo iskati užitne materiale, večinoma pridobljene iz živil, za izdelavo elektronskih naprav,« je povedal. Njegove ideje so zelo futuristične, navdih je črpal iz klasik znanstvene fantastike, predvsem iz knjige Fantastično potovanje ameriškega pisatelja Isaaca Asimova. V knjigi se štirje moški in ženska pomanjšajo na mikroskopsko velikost in se z miniaturno podmornico podajo skozi vratno arterijo moškega, da bi uničili krvni strdek v njegovih možganih. Caironi vodi tudi projekt Elfo, namenjen izdelavi užitnih elektronskih sistemov za zdravstvene namene.

Marca lani je ekipa projekta Elfo predstavila prvo polnilno užitno baterijo v zgodovini. V nekaterih aplikacijah, kot so senzorji za hrano, bi lahko baterijo ponovno uporabili in je ne bi zavrgli. Baterijo so izdelali iz običajnih živilskih sestavin in prehranskih dopolnil, zavitih v čebelji vosek. Delovala je približno deset minut, naprednejše različice bi morda lahko napajale medicinske pripomočke, ki jih bolniki pogoltnejo, menijo v raziskovalni skupini. Caironi je pri izdelavi sodeloval z zdravniki, ki bi si želeli, da bi bolnikom zagotovili varno užitno elektronsko napravo, ki bi po zaužitju lahko diagnosticirala ali zdravila črevesne bolezni.

Raziskovalci projekta Elfo so pregledali znanstveno literaturo in poiskali užitne materiale, ki so primerni kot izolatorji, prevodniki in polprevodniki – vsi so namreč potrebni za izdelavo elektronskih vezij. Skupina je ugotovila, da lahko zlati lističi, ki jih uporabljajo nekateri kuharji, služijo kot ožičenje za užitne naprave, med pa se lahko uporablja kot naravni polprevodnik. Polprevodniki so potrebni za tranzistorje, ki so ključni elementi vsakega vezja. Po Caironijevih besedah so drugi kandidati za naravne polprevodnike barvila in pigmenti. Kot primer je navedel, da je betakaroten, to je rdečeoranžno barvilo, ki ga je veliko v korenju, bučah, sladkem krompirju in mangu, dokaj dober naravni polprevodnik, če je pravilno obdelan.

Velikopotezni načrti

V projektu Elfo zbirajo čim več užitnega materiala za izdelavo tablete na baterije, ki bi oddajala elektronski signal in bi ji bilo mogoče slediti, ko bi se premikala po bolnikovem črevesju. Tableti bi lahko na primer naročili, naj dostavi zdravilo ob prihodu na določeno mesto v črevesju. Raziskovalci na tem področju nameravajo še naprej izdelovati užitne komponente in jih združiti v elektronske naprave. Tako bodo te naprave vsebovale vedno več prebavljivih sestavin.

V Švici Floreanova ekipa za vsakega robota natisne etiketo, na kateri sta navedena njegov prehranski profil in delež užitnih delov. Tako scenarij, v katerem izgubljeni in lačni pohodnik prejme reševalni dron, označen kot 100-odstotno užiten, ne sodi več samo v domeno znanstvene fantastike. »Iščemo težave, pri katerih menimo, da lahko ponudimo rešitev,« je sklenil Floreano.

---------------

Raziskave, omenjene v članku, je v sklopu programa Obzorja financirala EU prek Evropskega raziskovalnega sveta. Članek je bil prvotno objavljen v reviji Horizon, reviji EU za raziskave in inovacije.