2023 年 3 月，意大利技术研究院团队打造出一款可食用的充电电池。通过将核黄素和槲皮素固定在活性炭电极上，研究团队造出了这款电池。该电池可以在 0.65V 下工作，能将 48µA 的电流维持 12 分钟。相关论文发表于 Advanced Materials（IF 27.4）。
（来源：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202211400）
2023 年 4 月，意大利技术研究院团队又研发一种有机可食用摩擦纳米发电机（TENG，Triboelectric Nanogenerator），它集成了一种从单步溶液铸造获得的活性炭层/乙基纤维素双层膜，底层富含活性炭并能导电，而顶层由纯乙基纤维素制成因此具有绝缘特性。这种有机可食用摩擦纳米发电机表现出低电阻率和机械柔韧性，能被用于能量收集和存储设备，相关论文发表于 Nano Energy（IF 16.8）。
（来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285523000046）
后来，意大利技术研究院团队和瑞士洛桑高等酒店管理学院团队，参与了瑞士洛桑联邦理工学院团队的 RoboFood 项目。
2025 年 4 月，关于这一项目的最新成果亮相。三方造出一款名为 RoboCake 的可食用机器人婚礼蛋糕。
RoboCake 的亮点在于拥有两个完全可食用的机器人小熊，它们由明胶、糖浆和着色剂制成，研究人员表示它的味道尝起来像石榴软糖。
（来源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
机器人小熊由内部气动系统驱动，当空气通过专用通道注入时，它们的头部和手臂就会动起来。
（来源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
与此同时，这款蛋糕搭载由意大利技术研究院团队开发的可食用充电电池。此次电池由意大利技术研究院团队此前的电池迭代而来，其由维生素 B2、槲皮素、活性炭和巧克力制成。这些电池不仅可以被安全食用，还能用来点亮蛋糕上的 LED 蜡烛。
（来源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
研究人员表示，当你吃下它们时首先尝到的是黑巧克力的味道，随后由于内部的可食用电解质，你会感受到一股令人惊讶的酸味，这种味道会持续几秒钟。
（来源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
为了确保可食用机器人婚礼蛋糕兼具美味和安全性，瑞士洛桑高等酒店管理学院的食品专家和糕点师参与了蛋糕制作，从而将技术、电子和美味融为一体。据介绍，全球每年产出高达4000 万吨的电子垃圾，而这种可食用充电电池能为解决这一问题提供潜在解决方案。
（来源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
目前，研究人员正在考虑将可食用机器人用于紧急营养和健康领域。与此同时，可食用机器人还可用于向危险地区运送食物，向吞咽困难的人或动物运送药物，甚至可以使用可食用传感器来监测食物新鲜度。
图 | 可食用电极（来源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
另据悉，RoboFood 是一个由欧盟资助的为期四年、耗资 350 万欧元的研究项目。该项目于 2021 年启动，汇集了来自瑞士洛桑联邦理工学院、意大利技术研究院、英国布里斯托尔大学和荷兰瓦赫宁根大学的科学家。该项目旨在打造可食用机器人和机器人食品，以用于食品保鲜、紧急营养补给、人类和兽医学应用，以及提供全新的烹饪体验。
可食用机器人至少具备四大应用场景
机器人设计与食品加工看似是两个互不相干的研究领域，但在材料特性、制造工艺和功能方面，它们存在大量尚未得到开发的重叠领域。
人们在制造机器人尤其是制造软体机器人的时候，往往从生物学中汲取灵感。但是，与生物有机体在生命终结时会成为其他有机体的营养来源不同的是，机器人最终会变成废物和污染源。
随着机器人技术在环境应用中的日益普及，促使学界开始采用可生物降解的组件，并通过开发新方法来让机器人的生命周期更具可持续性。
通过本次成果我们了解到，机器人也可以作为营养食物的来源。2024 年，本次可食用机器人蛋糕的研发方之一——瑞士洛桑联邦理工学院团队在一篇发表于 Nature Reviews Materials（IF 79.8）的综述论文中介绍了这一领域的现状与前景。
图 | 相关论文（来源：Nature Reviews Materials）
总的来说，可食用机器人和机器人食品，有望为人类、动物和环境带来以下益处。
其一，可食用机器人可以分析胃肠道和精准递送药物，或沿着食道移动以便降低吸入性肺炎的风险，同时能够避免可吞服设备带来的健康风险与环境危害。需要说明的是，吸入性肺炎由食物或液体等异物进入肺部引发，美国每年有30 万至 60 万人受影响。因此，可食用机器人的投放将为相应人群带来益处。
其二，部署可食用机器人将更加环保。这种机器人比传统机器人更友好，因为它的大部分部件要么能被食用、要么能被生物降解，进而能将其组成营养成分提供给环境，从而促进食物链的循环。
其三，机器人食品可用于人类和动物的影响补充。在紧急情况下，可食用机器人还可以提供挽救生命所需的营养，而这是传统无人机所无法实现的功能。其在宠物和野生动物营养提升上也具有潜力，因为动物天生会被移动的食物源所吸引。例如，在水产养殖中食物颗粒会持续地在水面或水下移动，就能增加鱼类的营养摄入，以及减少未被食用的饲料，从而助力于减少水体污染。
其四，带有疫苗的移动式机器人食品，可以分散到森林中特殊设立的区域，以便吸引并处理野猪等隐居动物，从而防止疾病传播。
而在可食用机器人的打造上，主要涉及到本体材料、传动装置、传感器、计算设备等，以下做以简要介绍。
可食用机器人背后的“不简单”所在
本体材料来源：明胶、膨化米饼、高脂肪食品等
可食用材料比大多数非食用材料具有更高的弹性，即具有更低的杨氏模量。
例如，明胶已被证明在机械性能上等同于非食用弹性体，并已被用于气动夹具；而膨化米饼则等同于非食用泡沫，并已被用于无人机机翼。
通过将不同的食物材料组合成可食用的复合材料，可以根据机器人的应用场景（咀嚼或吞咽）提供所需的营养特性，从而实现所需的定向刚度、抗拉强度和密度。
大多数可食用材料对于水分都比较敏感，但是可食用机器人在降解之前，可能需要在潮湿环境中运行一段时间。这时，可以使用可食用涂层来调节水分和氧气透过性。
一些潜在的候选材料包括高脂肪食品材料（食用蜡、巧克力、油凝胶）、虫胶、魔芋、海藻酸钠和乙基纤维素。此外，通过将咖啡与蜂蜡混合，以及将巴西棕榈蜡与蜂蜡混合，能够获得可食用的疏水涂层。
疏水蛋白是一类真菌蛋白，具有极强的疏水性，可用于制备超疏水涂层。将多个预成型结构组装成一个整体需要使用粘合剂。尽管不可食用胶的粘合强度最大，但几种食用胶的性能也相当出色。市面上也有一些可食用的“胶水”，比如淀粉、明胶、食用蜡、阿拉伯胶、巧克力和糖基胶水。
传动装置来源：明胶、水凝胶、淀粉等
执行器，是机器人的重要组成部分。它能将来自不同来源的能量，转化为机械变形和运动。目前，明胶、水凝胶和淀粉已被证明可被用于制造可食用机器人的执行器。
实验证明由明胶制成的气动人工肌肉，其性能已经可以媲美那些由不可食用弹性体制成的执行器。然而，这些可食用的执行器尚不适用于人体体内驱动，因为它们需要泵或导管来提供空气。一种较有希望的解决方案是通过一种机制来触发化学微反应，在可食用执行器内部产生气体。
刺激响应型聚合物尤其是水凝胶，对于环境刺激比如热量、湿度、pH 值和酶等，能够表现出机械响应，这为可食用机器人的动力来源提供了另一种潜在解决方案。当环境湿度发生变化的时候，水凝胶能够自主弯曲和产生线性运动，目前其已被用于制造可在人体内发挥功能的可食用执行器，比如用于在胃肠道中释放药物等。
而使用淀粉等可以制成可食用的薄膜，并能在其表面雕刻出可以定向约束变形的图案，然后将这些薄膜暴露于一定温度和湿度的刺激下，就能让机器人实现复杂的运动和变形，比如弯曲、螺旋、缠绕和爬行。通过这种方式可以生产具有互动性的食品，从而将其用于娱乐和教育。此外，在特定的温度和湿度变化之下，淀粉薄膜会表现出形状记忆行为，故能被用于制造具有可编程运动的执行器。
传感器：分为体外传感器和体内传感器两类
可食用机器人也需要传感器实现运行，而到底选择怎样的传感器组合，则取决于可食用机器人的具体应用场景。目前的可食用传感器，包括体外传感器和体内传感器两种。
体外传感器主要包括：
由富含纤维素的宣纸或面粉基复合材料制成的湿度传感器；由蜂蜡、镁、金和离子色谱电解质制成的除霜传感器；基于阻抗测量、由活性炭、蜂蜡和植物油制成的水果成熟度传感器；基于固定在细菌纤维素和聚乙烯醇膜上的红甘蓝花青素的 pH 比色传感器；以及一种生物胺检测器，该检测器利用固定在可食用海藻酸钙珠中的京尼平（Genipin）天然交联剂，从而能够评估食品保存状态。
体外传感器主要包括：
基于真菌衍生的木素黄素的光学传感器，该传感器可使可食用机器人感知环境光强度，并提供可能的通信路径；由果胶基薄膜制成的温度传感器；由水凝胶制成的应变和压力传感器，使机器人能够感知机械输入；以及由活性炭、油凝胶、可食用金（Edible Gold）和明胶制成的倾斜传感器，特别适用于感知空间方向。
体内传感器主要用于胃肠道监测，尽管目前已有多种可摄入设备，但是可食用传感器具有更高的安全性和更低的滞留风险，并能减少不良成分的生物吸收。比如，在人体胃肠道中运作的可食用机器人，在被吞咽之后可以通过人体被动运动受益。
计算设备来源：胡萝卜素、食用色素以及真菌衍生材料
机器人通常需要依靠计算设备来将感官信息转化为驱动信息。尽管人们有时会使用可编程材料来替代显式计算，但是基于电子电路的专用计算设备可以显著提高机器人的行为复杂性和适应性。
可食用电子学，是一个由健康和环境需求驱动的新兴研究领域，旨在开发利用食品材料电学特性的、包含无源和有源元件的电路。
在可食用电子学领域，无源元件（电阻、电感和电容）只能消耗或储存能量，而有源元件则可以通过控制电流，将能量转换到电路中。
电阻器、电感器和电容器这三种无源元件，目前学界均已能够使用可食用的导体和绝缘体完成制作。
尽管学界已经确定了可食用的半导体候选材料，如类胡萝卜素、食用色素以及真菌衍生材料，但由于稳定性、性能和制造方面的限制，要将它们整合为活性成分仍然具有挑战性。
因此，迄今为止最新研究进展仅报道了部分可食用的晶体管，特别是在电解质栅极配置中，其中栅极介电介质由离子导体构成，能够提供高电容，从而允许低电压操作。
不过，目前可食用机器人仍然存在执行器功率低、传感器的信号处理能力不足等问题。同时，还需要进一步探讨如何将多样化的可食用组件加以集成。因此，本次研究人员建议，应该通过开发新的制造方法和材料数据库，来实现可食用机器人的进一步迭代。
参考资料：
https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/
Floreano, D., Kwak, B., Pankhurst, M. et al. Towards edible robots and robotic food. Nat Rev Mater 9, 589–599 (2024). https://doi.org/10.1038/s41578-024-00688-9
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202211400
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285523000046
排版：初嘉实
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