2023 年 3 月，義大利技術研究院團隊打造出一款可食用的充電電池。透過將核黃素和槲皮素固定在活性炭電極上，研究團隊造出了這款電池。該電池可以在 0.65V 下工作，能將 48µA 的電流維持 12 分鐘。相關論文發表於 Advanced Materials（IF 27.4）。
圖| 可食用的充電電池（來源：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202211400）
2023 年 4 月，義大利技術研究院團隊又研發一種有機可食用摩擦奈米發電機（TENG，Triboelectric Nanogenerator），它集成了一種從單步溶液鑄造獲得的活性炭層/乙基纖維素雙層膜，底層富含活性炭並能導電，而頂層由純乙基纖維素製成因此具有絕緣特性。這種有機可食用摩擦奈米發電機表現出低電阻率和機械柔韌性，能被用於能量收集和儲存裝置，相關論文發表於 Nano Energy（IF 16.8）。
圖| 有機可食用 TENG（來源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285523000046）
後來，義大利技術研究院團隊和瑞士洛桑高等酒店管理學院團隊，參與了瑞士洛桑聯邦理工學院團隊的 RoboFood 專案。
2025 年 4 月，關於這一專案的最新成果亮相。三方造出一款名為 RoboCake 的可食用機器人婚禮蛋糕。
RoboCake 的亮點在於擁有兩個完全可食用的機器人小熊，它們由明膠、糖漿和著色劑製成，研究人員表示它的味道嚐起來像石榴軟糖。
（來源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
機器人小熊由內部氣動系統驅動，當空氣透過專用通道注入時，它們的頭部和手臂就會動起來。
（來源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
與此同時，這款蛋糕搭載由義大利技術研究院團隊開發的可食用充電電池。此次電池由義大利技術研究院團隊此前的電池迭代而來，其由維生素 B2、槲皮素、活性炭和巧克力製成。這些電池不僅可以被安全食用，還能用來點亮蛋糕上的 LED 蠟燭。
（來源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
研究人員表示，當你吃下它們時首先嚐到的是黑巧克力的味道，隨後由於內部的可食用電解質，你會感受到一股令人驚訝的酸味，這種味道會持續幾秒鐘。
（來源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
為了確保可食用機器人婚禮蛋糕兼具美味和安全性，瑞士洛桑高等酒店管理學院的食品專家和糕點師參與了蛋糕製作，從而將技術、電子和美味融為一體。據介紹，全球每年產出高達4000 萬噸的電子垃圾，而這種可食用充電電池能為解決這一問題提供潛在解決方案。
目前，研究人員正在考慮將可食用機器人用於緊急營養和健康領域。與此同時，可食用機器人還可用於向危險地區運送食物，向吞嚥困難的人或動物運送藥物，甚至可以使用可食用感測器來監測食物新鮮度。
圖 | 可食用電極（來源：https://actu.epfl.ch/news/robotics-meets-the-culinary-arts/）
另據悉，RoboFood 是一個由歐盟資助的為期四年、耗資 350 萬歐元的研究專案。該專案於 2021 年啟動，彙集了來自瑞士洛桑聯邦理工學院、義大利技術研究院、英國布里斯托爾大學和荷蘭瓦赫寧根大學的科學家。該專案旨在打造可食用機器人和機器人食品，以用於食品保鮮、緊急營養補給、人類和獸醫學應用，以及提供全新的烹飪體驗。
可食用機器人至少具備四大應用場景
機器人設計與食品加工看似是兩個互不相干的研究領域，但在材料特性、製造工藝和功能方面，它們存在大量尚未得到開發的重疊領域。
人們在製造機器人尤其是製造軟體機器人的時候，往往從生物學中汲取靈感。但是，與生物有機體在生命終結時會成為其他有機體的營養來源不同的是，機器人最終會變成廢物和汙染源。
隨著機器人技術在環境應用中的日益普及，促使學界開始採用可生物降解的元件，並透過開發新方法來讓機器人的生命週期更具可持續性。
透過本次成果我們瞭解到，機器人也可以作為營養食物的來源。2024 年，本次可食用機器人蛋糕的研發方之一——瑞士洛桑聯邦理工學院團隊在一篇發表於 Nature Reviews Materials（IF 79.8）的綜述論文中介紹了這一領域的現狀與前景。
總的來說，可食用機器人和機器人食品，有望為人類、動物和環境帶來以下益處。
其一，可食用機器人可以分析胃腸道和精準遞送藥物，或沿著食道移動以便降低吸入性肺炎的風險，同時能夠避免可吞服裝置帶來的健康風險與環境危害。需要說明的是，吸入性肺炎由食物或液體等異物進入肺部引發，美國每年有30 萬至 60 萬人受影響。因此，可食用機器人的投放將為相應人群帶來益處。
其二，部署可食用機器人將更加環保。這種機器人比傳統機器人更友好，因為它的大部分部件要麼能被食用、要麼能被生物降解，進而能將其組成營養成分提供給環境，從而促進食物鏈的迴圈。
其三，機器人食品可用於人類和動物的影響補充。在緊急情況下，可食用機器人還可以提供挽救生命所需的營養，而這是傳統無人機所無法實現的功能。其在寵物和野生動物營養提升上也具有潛力，因為動物天生會被移動的食物源所吸引。例如，在水產養殖中食物顆粒會持續地在水面或水下移動，就能增加魚類的營養攝入，以及減少未被食用的飼料，從而助力於減少水體汙染。
其四，帶有疫苗的移動式機器人食品，可以分散到森林中特殊設立的區域，以便吸引並處理野豬等隱居動物，從而防止疾病傳播。
而在可食用機器人的打造上，主要涉及到本體材料、傳動裝置、感測器、計算裝置等，以下做以簡要介紹。
可食用機器人背後的“不簡單”所在
例如，明膠已被證明在機械效能上等同於非食用彈性體，並已被用於氣動夾具；而膨化米餅則等同於非食用泡沫，並已被用於無人機機翼。
透過將不同的食物材料組合成可食用的複合材料，可以根據機器人的應用場景（咀嚼或吞嚥）提供所需的營養特性，從而實現所需的定向剛度、抗拉強度和密度。
大多數可食用材料對於水分都比較敏感，但是可食用機器人在降解之前，可能需要在潮溼環境中執行一段時間。這時，可以使用可食用塗層來調節水分和氧氣透過性。
一些潛在的候選材料包括高脂肪食品材料（食用蠟、巧克力、油凝膠）、蟲膠、魔芋、海藻酸鈉和乙基纖維素。此外，透過將咖啡與蜂蠟混合，以及將巴西棕櫚蠟與蜂蠟混合，能夠獲得可食用的疏水塗層。
疏水蛋白是一類真菌蛋白，具有極強的疏水性，可用於製備超疏水塗層。將多個預成型結構組裝成一個整體需要使用粘合劑。儘管不可食用膠的粘合強度最大，但幾種食用膠的效能也相當出色。市面上也有一些可食用的“膠水”，比如澱粉、明膠、食用蠟、阿拉伯膠、巧克力和糖基膠水。
傳動裝置來源：明膠、水凝膠、澱粉等
執行器，是機器人的重要組成部分。它能將來自不同來源的能量，轉化為機械變形和運動。目前，明膠、水凝膠和澱粉已被證明可被用於製造可食用機器人的執行器。
實驗證明由明膠製成的氣動人工肌肉，其效能已經可以媲美那些由不可食用彈性體制成的執行器。然而，這些可食用的執行器尚不適用於人體體內驅動，因為它們需要泵或導管來提供空氣。一種較有希望的解決方案是透過一種機制來觸發化學微反應，在可食用執行器內部產生氣體。
刺激響應型聚合物尤其是水凝膠，對於環境刺激比如熱量、溼度、pH 值和酶等，能夠表現出機械響應，這為可食用機器人的動力來源提供了另一種潛在解決方案。當環境溼度發生變化的時候，水凝膠能夠自主彎曲和產生線性運動，目前其已被用於製造可在人體內發揮功能的可食用執行器，比如用於在胃腸道中釋放藥物等。
而使用澱粉等可以製成可食用的薄膜，並能在其表面雕刻出可以定向約束變形的圖案，然後將這些薄膜暴露於一定溫度和溼度的刺激下，就能讓機器人實現複雜的運動和變形，比如彎曲、螺旋、纏繞和爬行。透過這種方式可以生產具有互動性的食品，從而將其用於娛樂和教育。此外，在特定的溫度和溼度變化之下，澱粉薄膜會表現出形狀記憶行為，故能被用於製造具有可程式設計運動的執行器。
感測器：分為體外感測器和體內感測器兩類
可食用機器人也需要感測器實現執行，而到底選擇怎樣的感測器組合，則取決於可食用機器人的具體應用場景。目前的可食用感測器，包括體外感測器和體內感測器兩種。
體外感測器主要包括：
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由富含纖維素的宣紙或麵粉基複合材料製成的溼度感測器；
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由蜂蠟、鎂、金和離子色譜電解質製成的除霜感測器；
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基於阻抗測量、由活性炭、蜂蠟和植物油製成的水果成熟度感測器；
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基於固定在細菌纖維素和聚乙烯醇膜上的紅甘藍花青素的 pH 比色感測器；
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以及一種生物胺檢測器，該檢測器利用固定在可食用海藻酸鈣珠中的京尼平（Genipin）天然交聯劑，從而能夠評估食品儲存狀態。
體外感測器主要包括：
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基於真菌衍生的木素黃素的光學感測器，該感測器可使可食用機器人感知環境光強度，並提供可能的通訊路徑；
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由果膠基薄膜製成的溫度感測器；
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由水凝膠製成的應變和壓力感測器，使機器人能夠感知機械輸入；
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以及由活性炭、油凝膠、可食用金（Edible Gold）和明膠製成的傾斜感測器，特別適用於感知空間方向。
體內感測器主要用於胃腸道監測，儘管目前已有多種可攝入裝置，但是可食用感測器具有更高的安全性和更低的滯留風險，並能減少不良成分的生物吸收。比如，在人體胃腸道中運作的可食用機器人，在被吞嚥之後可以透過人體被動運動受益。
計算裝置來源：胡蘿蔔素、食用色素以及真菌衍生材料
機器人通常需要依靠計算裝置來將感官資訊轉化為驅動資訊。儘管人們有時會使用可程式設計材料來替代顯式計算，但是基於電子電路的專用計算裝置可以顯著提高機器人的行為複雜性和適應性。
可食用電子學，是一個由健康和環境需求驅動的新興研究領域，旨在開發利用食品材料電學特性的、包含無源和有源元件的電路。
在可食用電子學領域，無源元件（電阻、電感和電容）只能消耗或儲存能量，而有源元件則可以透過控制電流，將能量轉換到電路中。
電阻器、電感器和電容器這三種無源元件，目前學界均已能夠使用可食用的導體和絕緣體完成製作。
儘管學界已經確定了可食用的半導體候選材料，如類胡蘿蔔素、食用色素以及真菌衍生材料，但由於穩定性、效能和製造方面的限制，要將它們整合為活性成分仍然具有挑戰性。
因此，迄今為止最新研究進展僅報道了部分可食用的電晶體，特別是在電解質柵極配置中，其中柵極介電介質由離子導體構成，能夠提供高電容，從而允許低電壓操作。
不過，目前可食用機器人仍然存在執行器功率低、感測器的訊號處理能力不足等問題。同時，還需要進一步探討如何將多樣化的可食用元件加以整合。因此，本次研究人員建議，應該透過開發新的製造方法和材料資料庫，來實現可食用機器人的進一步迭代。
參考資料：
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：初嘉實