Ohtlike piirkondade uurimiseks või keskkonna jälgimiseks on teadlased püüdnud luua küborgiputukaid, osaliselt putukaid ja peamiselt masinaid. Võimalus küborgiputukaid kaugjuhtimisega pikema aja jooksul juhtida on siiski vajalik, et nende kasutamine oleks elujõuline. Nende väljundvõimsus on aga piiratud alla ühe mW-ga, mis on tunduvalt väiksem kui juhtmevaba liikumisjuhtimise jaoks vajalik. Energiakogumisseadme pindala ja koormus kahjustavad oluliselt pisikeste robotite liikuvust.
Rahvusvaheline meeskond, mida juhivad teadlased RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) on loonud süsteemi kaugjuhitavate küborprussakate loomiseks. Süsteem koosneb pisikesest juhtmevabast juhtimismoodulist, mille toiteallikaks on a laetav aku lisatud a päikesepaneel. Tänu painduvatele materjalidele ja üliõhukesele elektroonikale võivad putukad mehaanilistest vidinatest hoolimata liikuda.
Teadlased viisid oma uurimistöö läbi 6 cm pikkuste Madagaskari prussakate abil. Juhtmeta jalajuhtimismoodul ja liitiumpolümeeraku paigaldati putuka rindkerele, kasutades selleks spetsiaalselt valmistatud seljakotti, mis oli kujundatud prussaka keha järgi. Seljakott oli 3D-prinditud elastse polümeeriga ja sobitus ideaalselt prussaka kumera pinnaga. See võimaldas jäika elektroonikaseadet stabiilselt rindkeresse kinnitada rohkem kui kuuks.
Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, ütles: „Üliõhuke 0.004 mm paksune orgaaniline päikesepatarei moodul paigaldati kõhu dorsaalsele küljele. Kere külge kinnitatud üliõhuke orgaaniline päikesepatarei moodul saavutab 17.2 mW väljundvõimsuse, mis on enam kui 50 korda suurem kui praegused tipptasemel energiakogumisseadmed elusate putukate peal.
Liikumisvabadus sai võimalikuks tänu orgaanilisele päikesepaneelõhuke ja paindlik konstruktsioon ning viis, kuidas see putuka külge kinnitati. Teadlased leidsid, et kõht muudab kuju ja eksoskeleti osad kattuvad pärast tüüpiliste prussakate liigutused.
Selleks asetasid nad kiledele kleepuvad ja mittekleepuvad piirkonnad, võimaldades neil painduda, jäädes samal ajal kinni. Prussakatel kulus õhemate päikesepatareide kilede katsetamisel sama distantsi läbimiseks kaks korda kauem aega ja neil oli pärast selili kukkumist raskusi püsti tõusmisega.
Kui need komponendid olid integreeritud prussakatesse ja juhtmetesse, mis stimuleerivad jala segmente, testiti uusi küborge. Akut laeti pseudopäikesevalgusega 30 minutit ning loomad pandi juhtmevaba kaugjuhtimispuldi abil vasakule ja paremale pöörama.
fukuda ütles, "Arvestades rindkere ja kõhu deformatsiooni põhiliikumise ajal, näib hübriidne elektrooniline süsteem, mis koosneb jäikadest ja painduvatest elementidest rindkeres ja ultrapehmetest seadmetest kõhus, olevat küborprussakate jaoks tõhus disain. Pealegi, kuna kõhu deformatsioon ei ole ainulaadne prussakad, saab meie strateegiat tulevikus kohandada teistele putukatele nagu mardikad või lendavate putukate nagu tsikaadid.
Ajakirja viide:
- Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S. et al. Kere külge kinnitatud ülipehme orgaanilise päikesepatarei integreerimine puutumatute liikuvusega küborputukatele. npj Flex Electron 6, 78 (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
