Roboter und Lebensmittel waren schon immer zwei getrennte Welten: Roboter sind anorganisch, sperrig und nicht wegwerfbar, während Lebensmittel organisch, biologisch abbaubar und ziemlich "flexibel" sind. Die Forschung zu essbaren Robotern hat jedoch in letzter Zeit Fortschritte gemacht und könnte sich positiv auf den Bereich der Robotik auswirken. Essbare Roboter könnten dazu beitragen, Elektroschrott zu reduzieren, Menschen und Tiere, die sie benötigen, mit Lebensmitteln und Medikamenten zu versorgen und den Weg für neue gastronomische Erfahrungen zu ebnen. Doch wie weit sind wir mit der Entwicklung eines vollständig essbaren Roboters gekommen und welche Herausforderungen gibt es? Wissenschaftler des RoboFood-Projekts der EPFL beantworten diese Fragen in einem Artikel, der in der Fachzeitschrift Nature Reviews Materials veröffentlicht wurde.
"Roboter und Essen zu verbinden ist eine spannende Herausforderung", gesteht Dario Floreano, Leiter des Labors für Intelligente Systeme an der EPFL und Hauptautor des Artikels. Im Jahr 2021 wird Dario Floreano zusammen mit Remko Boom von der Universität Wageningen (Niederlande), Jonathan Rossiter von der Universität Bristol (Großbritannien) und Mario Caironi vom italienischen Institut für Technologie RoboFood ins Leben rufen. Das Projekt wird von der Europäischen Union mit 3,5 Millionen Euro für vier Jahre finanziert.
In dem Perspektivartikel analysieren die Autorinnen und Autoren von RoboFood, welche essbaren Zutaten zur Herstellung von Roboterteilen, aber auch von ganzen Robotern verwendet werden können, und diskutieren die Herausforderungen bei ihrer Herstellung. "Wir sind noch dabei, herauszufinden, welche essbaren Zutaten auf die gleiche Weise funktionieren wie nicht essbare Materialien", sagt Dario Floreano. Gelatine kann beispielsweise Gummi ersetzen, Reiskekse sehen aus wie Schaumstoff, eine Schokoladenschicht kann Roboter in feuchten Umgebungen schützen und eine Mischung aus Stärke und Tannin kann handelsübliche Klebstoffe nachahmen.
Diese essbaren Zutaten bilden die Roboterkomponenten. "Es wird viel an essbaren Komponenten wie Aktuatoren, Sensoren und Batterien geforscht", sagt Bokeon Kwak, Postdoktorand im Team von Dario Floreano und einer der Autoren und Autorinnen des Artikels. Im Jahr 2017 gelang es Wissenschaftlern der EPFL, eine essbare Klammer herzustellen, deren Gelatine-Struktur einen Apfel manipulieren konnte und anschließend gegessen werden konnte [1]. Die EPFL, das IIT und die Universität Bristol haben kürzlich eine leitfähige Tinte entwickelt, die auf Lebensmittel gesprüht werden kann, um deren Reife zu erkennen. Diese Tinte enthält Aktivkohle als Leiter, während Haribo-Gelatinebären als Bindemittel dienen. Andere Sensoren können den pH-Wert, Licht und Biegung erkennen. Im Jahr 2023 haben die Forscherinnen und Forscher des IIT die erste essbare, wiederaufladbare Batterie entwickelt. Dazu verwendeten sie Riboflavin (Vitamin B2) und Quercetin (das in Mandeln und Kapern vorkommt) in den Polen der Batterie, Aktivkohle, um den Elektronentransport zu erleichtern, und Nori-Algen (die zum Einwickeln von Sushi verwendet werden), um Kurzschlüsse zu vermeiden. Die mit Bienenwachs beschichtete, 4 cm breite essbare Batterie kann mit 0,65 Volt betrieben werden, einer Spannung, die bei Verschlucken ungefährlich ist; zwei in Reihe geschaltete essbare Batterien können eine Leuchtdiode etwa 10 Minuten lang betreiben. Jedes Jahr produzieren wir 40 Millionen Tonnen Elektroschrott, was 109 Empire State Buildings entspricht", sagt Valerio Annese aus dem Team von Mario Caironi am IIT.
Sobald die Komponenten fertig sind, ist es das Ziel, vollständig essbare Roboter herzustellen. Bisher sind nur einige Teile dieser Robotersysteme essbar. Im Jahr 2022 entwarfen Forscher der EPFL und der Universität Wageningen eine Drohne mit Flügeln aus Reiskeksen, die mit Gelatine verklebt wurden. Wissenschaftler der EPFL und des IIT haben außerdem einen teilweise essbaren rollenden Roboter mit Rädern aus Gelatine und einem essbaren Neigungssensor entwickelt.
Die Wissenschaftler müssen noch einige Herausforderungen meistern, bevor sie das perfekte Rezept für diese Roboter verfassen können. Beispielsweise verfügen wir nicht über ausreichende Informationen darüber, wie Menschen und Tiere verarbeitete Lebensmittel durch reaktives und autonomes Verhalten unterscheiden. Außerdem ist es noch schwierig, vollständig essbare elektronische Geräte herzustellen, die Transistoren verwenden und Informationen verarbeiten. "Die größte technische Herausforderung besteht jedoch darin, die Elemente, die Elektrizität zum Betrieb nutzen, wie Batterien und Sensoren, mit denen zu verbinden, die Flüssigkeiten und Druck nutzen, um sich in Bewegung zu setzen, wie Aktuatoren", fügt Bokeon Kwak hinzu. Nachdem sie alle Komponenten integriert haben, müssen die Wissenschaftler sie miniaturisieren, die Haltbarkeit der Roboterlebensmittel erhöhen ... und den Robotern einen angenehmen Geschmack verleihen.
