Om gevaarlijke regio's te helpen onderzoeken of de omgeving te bewaken, hebben wetenschappers geprobeerd cyborginsecten, gedeeltelijk insecten en voornamelijk machines te creëren. De mogelijkheid om cyborginsecten gedurende langere tijd op afstand te bestrijden is echter noodzakelijk om hun gebruik levensvatbaar te maken. Hun uitgangsvermogen is echter beperkt tot minder dan één mW, wat aanzienlijk lager is dan vereist voor draadloze voortbewegingsbesturing. Het gebied en de belasting van het apparaat voor het oogsten van energie belemmeren de mobiliteit van kleine robots aanzienlijk.
Een internationaal team onder leiding van onderzoekers van het RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) heeft een systeem ontwikkeld voor het maken van op afstand bestuurbare cyborg-kakkerlakken. Het systeem bestaat uit een kleine draadloze besturingsmodule die wordt aangedreven door een oplaadbare batterij gehecht aan een Zonnecel. Ondanks de mechanische snufjes kunnen de insecten bewegen dankzij flexibele materialen en ultradunne elektronica.
De wetenschappers voerden hun onderzoek uit met 6 cm lange kakkerlakken uit Madagaskar. De draadloze beenbedieningsmodule en de lithium-polymeerbatterij werden op de thorax van het insect gemonteerd met behulp van een op maat gemaakte rugzak die was gemaakt naar het lichaam van een model kakkerlak. De rugzak is 3D-geprint met een elastisch polymeer en vormde zich perfect naar het gebogen oppervlak van de kakkerlak. Hierdoor kon het stijve elektronische apparaat meer dan een maand stabiel op de thorax worden gemonteerd.
Kenjiro Fukuda, reanimatie RIKEN, zei: “De ultradunne 0.004 mm dikke organische zonnecelmodule werd op de dorsale zijde van de buik gemonteerd. De op het lichaam gemonteerde ultradunne organische zonnecelmodule bereikt een vermogen van 17.2 mW, meer dan 50 keer groter dan de huidige ultramoderne apparaten voor het oogsten van energie op levende insecten.”
Bewegingsvrijheid werd mogelijk gemaakt dankzij het organische Zonnecelde dunne en flexibele constructie en de manier waarop het aan het insect was bevestigd. De wetenschappers ontdekten dat de buik van vorm verandert en dat delen van het exoskelet elkaar overlappen na nauwlettend observeren bewegingen van kakkerlakken.
Om dit te doen, strooiden ze klevende en niet-klevende gebieden op de films, waardoor ze konden buigen terwijl ze vast bleven zitten. De kakkerlakken deden er twee keer zo lang over om dezelfde afstand af te leggen als dunnere zonnecelfilms werden getest, en ze hadden moeite met opstaan nadat ze op hun rug waren gevallen.
Nadat deze componenten waren geïntegreerd in de kakkerlakken en draden die de beensegmenten stimuleren, werden de nieuwe cyborgs getest. De batterij werd gedurende 30 minuten opgeladen met pseudo-zonlicht en de dieren moesten links en rechts draaien met behulp van de draadloze afstandsbediening.
Fukuda zei, "Gezien de vervorming van de thorax en de buik tijdens basisbeweging, lijkt een hybride elektronisch systeem van stijve en flexibele elementen in de thorax en ultrazachte apparaten in de buik een effectief ontwerp te zijn voor cyborg-kakkerlakken. Bovendien, omdat buikvervorming niet uniek is kakkerlakken, kan onze strategie in de toekomst worden aangepast aan andere insecten zoals kevers of vliegende insecten zoals krekels.”
Journal Reference:
- Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S. et al. Integratie van op het lichaam gemonteerde ultrazachte organische zonnecel op cyborginsecten met intacte mobiliteit. npj Flex Elektron 6 (78). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
