Aby pomóc zbadać niebezpieczne regiony lub monitorować środowisko, naukowcy próbowali stworzyć owady cyborgi, częściowo owady, a przede wszystkim maszyny. Jednak możliwość zdalnego kontrolowania owadów cyborgów przez dłuższy czas jest niezbędna, aby ich użycie było opłacalne. Jednak ich moc wyjściowa jest ograniczona do mniej niż jednego mW, czyli znacznie mniej niż moc wymagana do bezprzewodowego sterowania lokomocją. Powierzchnia i obciążenie urządzenia do pozyskiwania energii znacznie ograniczają mobilność małych robotów.
Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) opracował system do tworzenia zdalnie sterowanych karaluchów cyborgów. System składa się z maleńkiego bezprzewodowego modułu sterującego zasilanego przez bateria do ponownego naładowania dołączony do a Ogniwo słoneczne. Owady mogą się poruszać dzięki elastycznym materiałom i ultracienkiej elektronice, pomimo mechanicznych gadżetów.
Naukowcy przeprowadzili swoje badania z użyciem karaluchów Madagaskaru o długości 6 cm. Bezprzewodowy moduł kontroli nóg i bateria litowo-polimerowa zostały przymocowane do klatki piersiowej owada za pomocą wykonanego na zamówienie plecaka wykonanego na wzór ciała modelowego karalucha. Plecak został wydrukowany w 3D z elastycznego polimeru i idealnie dopasował się do zakrzywionej powierzchni karalucha. Pozwoliło to na stabilne mocowanie sztywnego urządzenia elektronicznego na klatce piersiowej przez ponad miesiąc.
Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, powiedział: „Ultracienki moduł organicznego ogniwa słonecznego o grubości 0.004 mm został zamontowany na grzbietowej stronie brzucha. Montowany na ciele ultracienki organiczny moduł ogniwa słonecznego osiąga moc wyjściową 17.2 mW, ponad 50 razy większą niż obecne najnowocześniejsze urządzenia do zbierania energii na żywych owadach”.
Swoboda ruchu była możliwa dzięki organicznej Ogniwo słonecznecienka i elastyczna konstrukcja oraz sposób mocowania do owada. Naukowcy odkryli, że brzuch zmienia kształt, a części egzoszkieletu zachodzą na siebie po uważnym obserwowaniu typowych ruchy karalucha.
W tym celu nałożyli na folie obszary samoprzylepne i nieprzylepne, co pozwoliło im się zginać, pozostając przyczepione. Karaluchy potrzebowały dwa razy więcej czasu, aby przebiec tę samą odległość, gdy testowano cieńsze folie ogniw słonecznych, i miały problemy z wstawaniem po upadku na plecy.
Po zintegrowaniu tych komponentów z karaluchami i drutami stymulującymi segmenty nóg, przetestowano nowe cyborgi. Akumulator był ładowany pseudo-światłem słonecznym przez 30 minut, a zwierzęta skręcały w lewo i prawo za pomocą bezprzewodowego pilota.
fukuda powiedziany, „Biorąc pod uwagę deformację klatki piersiowej i brzucha podczas podstawowego poruszania się, hybrydowy system elektroniczny sztywnych i elastycznych elementów w klatce piersiowej i ultramiękkich urządzeń w brzuchu wydaje się być skutecznym projektem dla karaluchów cyborgów. Co więcej, ponieważ deformacja brzucha nie jest charakterystyczna tylko dla: karaluchy, nasza strategia może zostać w przyszłości dostosowana do innych owadów, takich jak chrząszcze lub owady latające, takie jak cykady”.
Referencje czasopisma:
- Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S. i in. Integracja montowanego na ciele ultramiękkiego organicznego ogniwa słonecznego na owadach-cyborgach z nienaruszoną mobilnością. npj Flex Elektron 6 78 (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
