新型可生物降解機械人耐用超過 100 萬次使用後可自然消失於土壤中

根據報導，全球電子廢物在 2022 年達到約 6200 萬公噸，其中柔性機器人廣泛應用於醫療、農業和環境監測，對這一累積現象有所貢獻。長期以來，生物可降解性與性能之間的權衡一直是一個持續的挑戰：通常生物可降解的材料性能較差，而高性能的材料則缺乏生物可降解性。來自首爾國立大學 (SNU)、西江大學及約翰尼斯·開普勒大學的研究團隊已經解決了這一權衡問題。他們開發出首個完全可堆肥的柔性機器人系統，這一系統不僅與傳統機器人的耐用性相媲美，還能在土壤中完全降解，且不留下有毒殘留物。

這款機器人的結構框架由聚（甘油癸酸酯） (PGS) 製成，這是一種無水的生物可降解彈性體，具有低滯後性和強彈性恢復能力。這種基於 PGS 的彎曲致動器在超過 100 萬次的驅動循環中保持了穩定的彎曲角度和輸出力，並且在長時間存儲後仍顯示出穩定的性能，這對於設計用於真實環境的機器人至關重要。此外，該系統的嵌入式電子設備也與傳統金屬和半導體元件不同，採用了可以生物降解的無機電子元件，這些元件與結構框架同時降解，從而形成一個完全可降解的系統，不留下任何殘餘廢物。

在對整個機器人系統進行工業堆肥化的測試中，其結構組件和電子元件都在幾個月內完全降解。隨後的植物生長測試確認了堆肥中不含環境毒性，這表明該機器人不僅能夠降解，還能產生可用的土壤改良劑。研究團隊進一步展示了實際的田野應用。由鎂 (Mg)、鉬 (Mo) 和矽 (Si) 製成的生物可降解無機電子元件被結合，形成了一個柔性機器手指，內含曲率、應變、觸摸、溫度、濕度和 pH 的傳感器，以及加熱器、電刺激器和藥物釋放模塊，顯示出一個高度集成的多功能生物可降解電子平台。

這項研究克服了傳統生物可降解材料的局限性，展現了具備實用耐用性和性能的柔性機器人及電子系統。首爾國立大學的教授及首席研究員姜勝均強調了這項工作的意義，並指出它為可持續機器人設定了新標杆。這項研究還解決了機器人產業在生命週期結束後的考量問題。儘管大多數關於可持續技術的討論集中於能源效率或運營排放，但很少有人探討機器人在功能生命結束後會發生什麼。

隨著全球柔性機器人市場預計將迅速增長，安全處理這些設備的重要性將日益凸顯。這款能夠承受 100 萬次循環且隨後無殘留地降解的機器人，直接應對了這些廢物挑戰，重新定義了真正可丟棄機器人的含義。這些研究結果已發表在《自然可持續性》期刊上。