Um gefährliche Regionen zu untersuchen oder die Umwelt zu überwachen, haben Wissenschaftler versucht, Cyborg-Insekten, teilweise Insekten und hauptsächlich Maschinen zu erschaffen. Die Fähigkeit, Cyborg-Insekten über längere Zeiträume fernzusteuern, ist jedoch notwendig, damit ihr Einsatz rentabel ist. Ihre Ausgangsleistung ist jedoch auf weniger als ein mW begrenzt, was erheblich niedriger ist als die für die drahtlose Fortbewegungssteuerung erforderliche Leistung. Die Fläche und Belastung des Energiegewinnungsgeräts beeinträchtigen die Mobilität der winzigen Roboter erheblich.
Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern der RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) hat ein System zur Herstellung ferngesteuerter Cyborg-Kakerlaken entwickelt. Das System besteht aus einem winzigen drahtlosen Steuermodul, das von a Akku an einem befestigt Solarzelle. Die Insekten können sich dank flexibler Materialien und ultradünner Elektronik trotz der mechanischen Spielereien bewegen.
Die Wissenschaftler führten ihre Forschung mit 6 cm langen Madagaskar-Kakerlaken durch. Das drahtlose Beinsteuerungsmodul und die Lithium-Polymer-Batterie wurden unter Verwendung eines maßgeschneiderten Rucksacks, der dem Körper einer Modellschabe nachempfunden war, am Brustkorb des Insekts befestigt. Der Rucksack wurde mit einem elastischen Polymer 3D-gedruckt und passte sich perfekt an die gekrümmte Oberfläche der Kakerlake an. Dadurch konnte das starre elektronische Gerät mehr als einen Monat lang stabil am Brustkorb befestigt werden.
Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, sagte: „Das ultradünne 0.004 mm dicke organische Solarzellenmodul wurde auf der dorsalen Seite des Abdomens angebracht. Das am Körper befestigte ultradünne organische Solarzellenmodul erreicht eine Ausgangsleistung von 17.2 mW, mehr als 50-mal mehr als die aktuellen hochmodernen Energiegewinnungsgeräte an lebenden Insekten.“
Bewegungsfreiheit wurde dank der Bio ermöglicht Solarzelle's dünne und flexible Konstruktion und die Art und Weise, wie es am Insekt befestigt war. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Bauch seine Form verändert und sich Teile des Exoskeletts nach genauer Beobachtung typisch überlappen Bewegungen von Kakerlaken.
Dazu mischten sie klebende und nicht klebende Bereiche auf die Folien, wodurch sie sich biegen konnten, während sie befestigt blieben. Die Kakerlaken brauchten doppelt so lange, um die gleiche Strecke zu laufen, als dünnere Solarzellenfolien getestet wurden, und sie hatten Probleme, aufzustehen, nachdem sie auf den Rücken gefallen waren.
Nachdem diese Komponenten in die Kakerlaken und Drähte integriert waren, die die Beinsegmente stimulieren, wurden die neuen Cyborgs getestet. Der Akku wurde 30 Minuten lang mit Pseudo-Sonnenlicht geladen, und die Tiere wurden mit der drahtlosen Fernbedienung dazu gebracht, sich nach links und rechts zu drehen.
Fukuda sagte, „In Anbetracht der Verformung von Thorax und Abdomen während der grundlegenden Fortbewegung scheint ein hybrides elektronisches System aus starren und flexiblen Elementen im Thorax und ultraweichen Geräten im Abdomen ein effektives Design für Cyborg-Kakerlaken zu sein. Darüber hinaus ist die Bauchverformung nicht eindeutig Kakerlaken, kann unsere Strategie in Zukunft auch auf andere Insekten wie Käfer oder fliegende Insekten wie Zikaden angepasst werden.“
Journal Referenz:
- Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S. et al. Integration einer am Körper befestigten ultraweichen organischen Solarzelle bei Cyborg-Insekten mit intakter Mobilität. npj Flex Elektron 6, 78 (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
