Για να βοηθήσουν στη διερεύνηση επικίνδυνων περιοχών ή στην παρακολούθηση του περιβάλλοντος, οι επιστήμονες προσπάθησαν να δημιουργήσουν έντομα cyborg, εν μέρει έντομα και κυρίως μηχανές. Ωστόσο, η ικανότητα ελέγχου των εντόμων cyborg εξ αποστάσεως για παρατεταμένες περιόδους είναι απαραίτητη για να είναι βιώσιμη η χρήση τους. Ωστόσο, η ισχύς εξόδου τους περιορίζεται σε λιγότερο από ένα mW, το οποίο είναι σημαντικά χαμηλότερο από αυτές που απαιτούνται για τον ασύρματο έλεγχο μετακίνησης. Η περιοχή και το φορτίο της συσκευής συλλογής ενέργειας επηρεάζουν σημαντικά την κινητικότητα των μικροσκοπικών ρομπότ.
Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής ερευνητές στο ΡΙΚΕΝ Το Cluster for Pioneering Research (CPR) κατασκεύασε ένα σύστημα για τη δημιουργία τηλεκατευθυνόμενων κατσαρίδων cyborg. Το σύστημα αποτελείται από μια μικροσκοπική μονάδα ασύρματου ελέγχου που τροφοδοτείται από α επαναφορτιζόμενη μπαταρία που συνδέονται με ένα ηλιακό κύτταρο. Τα έντομα μπορεί να κινούνται χάρη στα εύκαμπτα υλικά και τα εξαιρετικά λεπτά ηλεκτρονικά, παρά τα μηχανικά gadgets.
Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν την έρευνά τους χρησιμοποιώντας κατσαρίδες Μαδαγασκάρης μήκους 6 εκατοστών. Η ασύρματη μονάδα ελέγχου ποδιών και η μπαταρία πολυμερούς λιθίου τοποθετήθηκαν στον θώρακα του εντόμου χρησιμοποιώντας ένα εξατομικευμένο σακίδιο πλάτης, σχεδιασμένο σύμφωνα με το σώμα ενός μοντέλου κατσαρίδας. Το σακίδιο ήταν 3D εκτυπωμένο με ελαστικό πολυμερές και προσαρμόστηκε τέλεια στην καμπύλη επιφάνεια της κατσαρίδας. Αυτό επέτρεψε στην άκαμπτη ηλεκτρονική συσκευή να τοποθετηθεί σταθερά στον θώρακα για περισσότερο από ένα μήνα.
Ο Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, είπε, «Το εξαιρετικά λεπτό οργανικό ηλιακό στοιχείο πάχους 0.004 mm τοποθετήθηκε στη ραχιαία πλευρά της κοιλιάς. Η υπερλεπτή μονάδα ηλιακής κυψέλης τοποθετημένη στο σώμα επιτυγχάνει ισχύ εξόδου 17.2 mW, περισσότερο από 50 φορές μεγαλύτερη από τις τρέχουσες συσκευές συλλογής ενέργειας αιχμής σε ζωντανά έντομα.
Η ελευθερία κινήσεων κατέστη δυνατή χάρη στο οργανικό ηλιακό κύτταροΗ λεπτή και εύκαμπτη κατασκευή του και ο τρόπος προσκόλλησης του στο έντομο. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η κοιλιά αλλάζει σχήμα και μέρη του εξωσκελετού επικαλύπτονται μετά από προσεκτική παρατήρηση τυπικών κινήσεις κατσαρίδων.
Για να γίνει αυτό, διέσχισαν συγκολλητικές και μη συγκολλητικές περιοχές πάνω στις μεμβράνες, επιτρέποντάς τους να λυγίσουν ενώ παραμένουν προσκολλημένες. Οι κατσαρίδες χρειάστηκαν διπλάσιο χρόνο για να τρέξουν την ίδια απόσταση όταν δοκιμάστηκαν λεπτότερα φιλμ ηλιακών κυψελών και είχαν πρόβλημα να σταθούν όρθιοι αφού έπεσαν ανάσκελα.
Μόλις αυτά τα συστατικά ενσωματώθηκαν στις κατσαρίδες και τα καλώδια που διεγείρουν τα τμήματα των ποδιών, δοκιμάστηκαν τα νέα cyborgs. Η μπαταρία φορτίστηκε με ψευδο-ηλιακό φως για 30 λεπτά και τα ζώα αναγκάστηκαν να στρίβουν αριστερά και δεξιά χρησιμοποιώντας το ασύρματο τηλεχειριστήριο.
Fukuda είπε, «Λαμβάνοντας υπόψη την παραμόρφωση του θώρακα και της κοιλιάς κατά τη βασική κίνηση, ένα υβριδικό ηλεκτρονικό σύστημα από άκαμπτα και εύκαμπτα στοιχεία στον θώρακα και συσκευές ultrasoft στην κοιλιά φαίνεται να είναι ένας αποτελεσματικός σχεδιασμός για τις κατσαρίδες cyborg. Επιπλέον, δεδομένου ότι η παραμόρφωση της κοιλιάς δεν είναι μοναδική κατσαρίδες, η στρατηγική μας μπορεί να προσαρμοστεί σε άλλα έντομα όπως τα σκαθάρια ή ιπτάμενα έντομα όπως τα τζιτζίκια στο μέλλον."
Αναφορά στο περιοδικό:
- Kakei, Υ., Katayama, S., Lee, S. et αϊ. Ενσωμάτωση οργανικού ηλιακού κυττάρου ultrasoft σε σώμα σε έντομα cyborg με άθικτη κινητικότητα. npj Flex Electron 6, 78 (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
