Auttaakseen tutkimaan vaarallisia alueita tai valvomaan ympäristöä tiedemiehet ovat yrittäneet luoda kyborgihyönteisiä, osittain hyönteisiä ja pääasiassa koneita. Kyborhyönteisten etähallintamahdollisuus pitkiä aikoja on kuitenkin välttämätöntä, jotta niiden käyttö olisi kannattavaa. Niiden teho on kuitenkin rajoitettu alle yhteen mW:iin, mikä on huomattavasti alhaisempi kuin langattoman liikkumisohjauksen edellyttämät. Energiankeruulaitteen pinta-ala ja kuorma haittaavat oleellisesti pienten robottien liikkuvuutta.
Kansainvälinen ryhmä, jota johtaa tutkijat RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) on kehittänyt järjestelmän kauko-ohjattavien kyborgitorakoiden luomiseksi. Järjestelmä koostuu pienestä langattomasta ohjausmoduulista, joka saa virtansa a ladattava akku kiinni a aurinkokenno. Hyönteiset voivat liikkua joustavien materiaalien ja erittäin ohuen elektroniikan ansiosta mekaanisista laitteista huolimatta.
Tutkijat suorittivat tutkimuksensa käyttämällä 6 cm pitkiä Madagaskarin torakoita. Langaton jalkaohjausmoduuli ja litiumpolymeeriakku asennettiin hyönteisen rintakehään käyttämällä räätälöityä reppua, joka oli muotoiltu torakan mallin mukaan. Reppu oli 3D-tulostettu elastisella polymeerillä ja se mukautui täydellisesti torakan kaarevaan pintaan. Tämä mahdollisti jäykän elektronisen laitteen kiinnityksen vakaasti rintakehään yli kuukauden ajan.
Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, sanoi, ”Ultraohut 0.004 mm paksu orgaaninen aurinkokennomoduuli asennettiin vatsan selkäpuolelle. Runkoon kiinnitettävä ultraohut orgaaninen aurinkokennomoduuli tuottaa 17.2 mW:n tehon, joka on yli 50 kertaa suurempi kuin nykyaikaiset elävien hyönteisten energiankeräyslaitteet.
Liikkumisvapaus mahdollisti orgaanisen aurinkokennon ohut ja joustava rakenne ja tapa, jolla se kiinnitettiin hyönteiseen. Tutkijat havaitsivat, että vatsa muuttaa muotoaan ja eksoskeleton osat menevät päällekkäin tarkkailtuaan tarkasti tyypillisiä torakan liikkeet.
Tätä varten he levittivät tarttuvia ja ei-tarttuvia alueita kalvojen päälle, jolloin ne joutuivat ja pysyivät kiinnittyneinä. Torakoiden juokseminen saman matkan kesti kaksi kertaa kauemmin, kun ohuempia aurinkokennokalvoja testattiin, ja niillä oli vaikeuksia nousta ylös kaatuttuaan selkään.
Kun nämä komponentit integroitiin torakoihin ja johtoihin, jotka stimuloivat jalkasegmenttejä, uusia kyborgeja testattiin. Akkua ladattiin pseudo-auringonvalolla 30 minuuttia ja eläimet pakotettiin kääntymään vasemmalle ja oikealle langattomalla kaukosäätimellä.
fukuda sanoi, "Kun otetaan huomioon rintakehän ja vatsan muodonmuutos perusliikkeen aikana, hybridielektroniikkajärjestelmä, joka koostuu jäykistä ja joustavista rintakehän elementeistä ja vatsan ultrapehmeistä laitteista, näyttää olevan tehokas malli kyborgitorakoihin. Lisäksi, koska vatsan muodonmuutos ei ole ainutlaatuinen torakat, strategiaamme voidaan mukauttaa tulevaisuudessa muihin hyönteisiin, kuten kovakuoriaisiin tai lentäviin hyönteisiin, kuten cicadaihin."
Lehden viite:
- Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S. et ai. Vartaloon kiinnitetyn ultrapehmeän orgaanisen aurinkokennon integrointi kyborgihyönteisiin ehjällä liikkuvuudella. npj Flex Electron 6, 78 (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
