客观日本

用米和明胶制作的无人机,关键时刻可食用救急

2023年03月24日 机械/机器人

用可食用材料制作机器人的研究正在推进之中。由日本电气通信大学等组成的研究团队开发出了用饼干制作翅膀的无人机。在发生灾害时,可用这种无人机发现遇险者,同时其机身也可作为应急食品。还有用明胶制作机械手用于食品工厂,防止金属片等杂质的混入的研究。到2050年,“可食用机器人”可能会活跃在多种场合。

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机翼采用米粉饼干制作的无人机(供图:电气通信大学新竹副教授)

假设无人机发现了在深山里动弹不得的遇险者。然而在救援队抵达之前,还需要一段时间。如何才能迅速将食物送给弹尽粮绝的遇险者呢?

电气通信大学新竹纯副教授与瑞士联邦工科大学洛桑分校等共同开发出了在这种情况下可大显身手的无人机。这种无人机的机翼采用可食用材料制作,能够作为救助人员到达现场之前的应急食品,从而提高遇险者的生存概率。比起运送食物的无人机,这样运送的食物可以更多,机体也可以更轻,且成本低廉。新竹副教授表示:“制造出既能工作又能移动的像机器人一样的食物,是研究的最终目标。”

用米粉饼干试制的机翼全长约70厘米,食用后可摄取约300千卡热量,同时可运输约80克的饮用水。在整个机体中,可食用重量约为一半,但通过改良可以提高到75%左右。与普通无人机相比,可运送食物的量为2倍以上。

研究人员将饼干加工成六角形,用明胶连接,实现了能够用于机翼的强度。在饼干制作的机翼上再安装上螺旋桨和电池等部件,便可制成飞机状的无人机。

在室外试验性能时,即使以每秒10米左右的速度飞行,机翼也未损坏。将来,还可通过改良使用寿命和飞行时间,以便实用化。新竹副教授自信地表示:“将来希望整个机体都用可食用材料制作”。

可食用机器人在工厂也有用武之地。新竹副教授等人的研究团队还开发出了以明胶作等为原料的制作点心的机械手。该机械手用空气压力进行驱动。在其内部注入空气使之膨胀可使其弯曲,抽出空气则会恢复原状,可像人的手指一样进行弯曲和伸直。

使用2个这样机械手,可抓住物品举起或者搬到其他位置。将明胶与甘油混合,倒入模具中即可简单制作,试制品的使用寿命与硅胶相当。

如果用于食品工厂搬运产品的机器人,可降低金属片等危险异物混入生产线的风险。新竹副教授充满期待地表示,像明胶一样“能吃的材料将能提高安全性”。

研究团队还开发出了用电驱动的可食用材料技术。在明胶中混入盐后便可导电,可作为电极使用。研究团队在装有大豆油的小袋两侧安装了这样的电极,成功地用电实现了袋子的伸缩。这种方式比用空气驱动的方式更易实现装置的小型化。

生物可降解,且较为环保

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可食用机器人的优势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:“这将有助于研发出既环保且可持续发展的机器人”。

例如,当无人机用于环境调查和灾害救援时,需要增加机体数才能收集更多信息。若使用可自然降解的机体,就可以减少无法回收而污染环境的风险。明胶等可以食用的材料还有一个优点,那就是与化学合成产品相比,生产时对环境的负担要小得多。

目前还在针对无人机机翼、机械手等个别零件进行开发,新竹副教授展望道:“整体可自然降解的机器人应该也能实现。”目前,不仅是使机体动作的驱动系统(致动器),处理器等控制系统以及接收外部信号的传感器系统也由可食用材料组成的技术也正在开发之中。

目前,该研发还处于初始阶段,使用寿命和运行性能均有待提高。包括食材在内,用柔性材料制作的机器人统称为“软机器人”,其开发正在全世界快速发展。日本原本就在工业用机器人领域具有优势,或许可以用具有独特饮食文化的特殊软机器人来展示日本的存在感。

日文:远藤智之、《日経産業新聞》、2023/3/10
中文:JST客观日本编辑部