客觀日本

用米和明膠製作的無人航空載具,關鍵時刻可食用救急

2023年03月24日 機械/機器人

用可食用材料製作機器人的研究正在推進之中。由日本電氣通訊大學等組成的研究團隊開發出了用餅乾製作翅膀的無人航空載具。在發生災害時,可用這種無人航空載具發現遇險者,同時其機身也可作爲應急食品。還有用明膠製作機械手用於食品工廠,防止金屬片等雜質的混入的研究。到2050年,「可食用機器人」可能會活躍在多種場合。

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機翼採用米粉餅乾製作的無人航空載具(供圖:電氣通訊大學新竹副教授)

假說無人航空載具發現了在深山裏動彈不得的遇險者。然而在救援隊抵達之前,還需要一段時間。如何才能迅速將食物送給彈盡糧絕的遇險者呢?

電氣通訊大學新竹純副教授與瑞士聯邦工科大學洛桑分校等共同開發出了在這種情況下可大顯身手的無人航空載具。這種無人航空載具的機翼採用可食用材料製作,能夠作爲施救者員到達現場之前的應急食品,從而提高遇險者的生存機率。比起運送食物的無人航空載具,這樣運送的食物可以更多,引擎體也可以更輕,且成本低廉。新竹副教授表示:「製造出既能工作又能行程的像機器人一樣的食物,是研究的最終目標。」

用米粉餅乾試製的機翼全長約70釐米,食用後可攝取約300千卡熱量,同時可運輸約80克的飲用水。在整個引擎體中,可食用重量約爲一半,但透過改良可以提高到75%左右。與普通無人航空載具相比,可運送食物的量爲2倍以上。

研究人員將餅乾加工成六角形,用明膠連接,實施了能夠用於機翼的強度。在餅乾製作的機翼上再安裝上螺旋槳和電池等部件,便可製成飛機狀的無人航空載具。

在室外試驗性能時,即使以每秒10米左右的速度飛行,機翼也未損壞。將來,還可透過改良使用壽命和飛行時間,以便實用化。新竹副教授自信地表示:「將來希望整個引擎體都用可食用材料製作」。

可食用機器人在工廠也有用武之地。新竹副教授等人的研究團隊還開發出了以明膠作等爲原料的製作點心的機械手。該機械手用空氣壓力進行驅動。在其内部注入空氣使之膨脹可使其彎曲,抽出空氣則會恢復原狀,可像人的手指一樣進行彎曲和伸直。

使用2個這實體模型械手,可抓住物品舉起或者搬到其他位置。將明膠與甘油混合,倒入模具中即可簡單製作,試製品的使用壽命與矽膠相當。

如果用於食品工廠搬運產品的機器人,可降低金屬片等危險異物混入生產線的風險。新竹副教授充滿期待地表示,像明膠一樣「能喫的材料將能提高安全」。

研究團隊還開發出了用電驅動的可食用材料技術。在明膠中混入鹽後便可導電,可作爲電極使用。研究團隊在裝有大豆油的小袋兩側安裝了這樣的電極,成功地用電實施了袋子的伸縮。這種方式比用空氣驅動的方式更易實施裝置的小型化。

生物可降解,且較爲環保

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可食用機器人的優勢之一是具有可被微生物降解的生物降解性。新竹副教授表示:「這將有助於研發出既環保且永續發展的機器人」。

例如,當無人航空載具用於環境調查和災害救援時,需要增加引擎體數才能收集更多資訊。若使用可自然降解的引擎體,就可以減量無法回收而污染環境的風險。明膠等可以食用的材料還有一個優點,那就是與化學合成產品相比,生產時對環境的負擔要小得多。

目前還在針對無人航空載具機翼、機械手等個別零件進行開發,新竹副教授展望道:「整體可自然降解的機器人應該也能實施。」目前,不僅是使引擎體動作的驅動系統(致動器),處理器等控制系統以及接收外部訊號的感測器系統也由可食用材料組成的技術也正在開發之中。

目前,該研發還處於初始階段,使用壽命和運行性能均有待提高。包括食材在内,用柔性材料製作的機器人統稱爲「軟機器人」,其開發正在全世界快速隊形變換。日本原本就在工業用機器人領域具有優勢,或許可以用具有獨特飲食文化的特殊軟機器人來展示日本的存在感。

日文:遠藤智之、《日経産業新聞》、2023/3/10
中文:JST客觀日本編輯部