For at hjælpe med at undersøge farlige områder eller overvåge miljøet har forskere forsøgt at skabe cyborg-insekter, delvist insekter og primært maskiner. Evnen til at fjernbekæmpe cyborginsekter i længere perioder er dog nødvendig for at deres brug er levedygtig. Deres udgangseffekt er dog begrænset til mindre end én mW, hvilket er betydeligt lavere end dem, der kræves til trådløs bevægelseskontrol. Energihøstningsanordningens areal og belastning forringer væsentligt små robotters mobilitet.
Et internationalt hold ledet af forskere ved Riken Cluster for Pioneering Research (CPR) har udviklet et system til at skabe fjernstyrede cyborg-kakerlakker. Systemet består af et lille trådløst kontrolmodul drevet af en genopladeligt batteri knyttet til a solcelle. Insekterne kan bevæge sig takket være fleksible materialer og ultratynd elektronik på trods af de mekaniske gadgets.
Forskerne udførte deres forskning ved at bruge 6 cm lange madagaskarkakerlakker. Det trådløse benkontrolmodul og lithiumpolymerbatteriet blev monteret på insektets thorax ved hjælp af en specialfremstillet rygsæk udformet efter en modelkakerlaks krop. Rygsækken var 3D-printet med en elastisk polymer og passede perfekt til kakerlakkens buede overflade. Dette gjorde det muligt for den stive elektroniske enhed at blive stabilt monteret på thorax i mere end en måned.
Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, sagde, ”Det ultratynde 0.004 mm tykke organiske solcellemodul blev monteret på den dorsale side af maven. Det kropsmonterede ultratynde organiske solcellemodul opnår en effekt på 17.2 mW, mere end 50 gange større end de nuværende avancerede energihøstanordninger på levende insekter."
Bevægelsesfrihed blev muliggjort takket være det organiske solcelle's tynde og fleksible konstruktion og måden den blev fastgjort til insektet. Forskerne fandt ud af, at maven ændrer form, og dele af exoskeletet overlapper hinanden efter nøje at have observeret typiske kakerlak bevægelser.
For at gøre dette indsatte de klæbende og ikke-klæbende områder på filmene, så de kunne bøje sig, mens de forblev fastgjort. Kakerlakkerne tog dobbelt så lang tid at løbe den samme strækning, da tyndere solcellefilm blev testet, og de havde problemer med at rejse sig efter at være faldet om på ryggen.
Da disse komponenter blev integreret i kakerlakker og ledninger, der stimulerer bensegmenterne, blev de nye cyborgs testet. Batteriet blev opladet med pseudo-sollys i 30 minutter, og dyr blev tvunget til at dreje til venstre og højre ved hjælp af den trådløse fjernbetjening.
fukuda sagde, "I betragtning af deformationen af thorax og abdomen under grundlæggende bevægelse, ser et hybrid elektronisk system af stive og fleksible elementer i thorax og ultrabløde enheder i abdomen ud til at være et effektivt design til cyborg kakerlakker. Desuden, da abdominal deformation ikke er unik for kakerlakker, kan vores strategi tilpasses til andre insekter som biller eller flyvende insekter som cikader i fremtiden."
Journal Reference:
- Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S. et al. Integration af kropsmonteret ultrablød organisk solcelle på cyborginsekter med intakt mobilitet. npj Flex elektron 6, 78 (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
