För att hjälpa till att undersöka farliga områden eller övervaka miljön har forskare försökt skapa cyborginsekter, delvis insekter och främst maskiner. Förmågan att kontrollera cyborginsekter på distans under längre perioder är dock nödvändig för att deras användning ska vara lönsam. Deras uteffekt är dock begränsad till mindre än en mW, vilket är betydligt lägre än vad som krävs för trådlös förflyttning. Energiupptagningsanordningens yta och belastning försämrar avsevärt små robotars rörlighet.
Ett internationellt team ledd av forskare vid RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) har konstruerat ett system för att skapa fjärrstyrda cyborgkackerlackor. Systemet består av en liten trådlös kontrollmodul som drivs av en laddningsbart batteri fäst vid a solcell. Insekterna kan röra sig tack vare flexibla material och ultratunn elektronik, trots de mekaniska prylarna.
Forskarna utförde sin forskning med hjälp av 6 cm långa madagaskarkackerlackor. Den trådlösa benkontrollmodulen och litiumpolymerbatteriet monterades på insektens bröstkorg med hjälp av en skräddarsydd ryggsäck gjord efter en modellkackerlackas kropp. Ryggsäcken var 3D-printad med en elastisk polymer och anpassade sig perfekt till kackerlackans böjda yta. Detta gjorde att den stela elektroniska enheten kunde vara stabilt monterad på bröstkorgen i mer än en månad.
Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, sa, ”Den ultratunna 0.004 mm tjocka organiska solcellsmodulen monterades på den dorsala sidan av buken. Den kroppsmonterade ultratunna organiska solcellsmodulen uppnår en effekt på 17.2 mW, mer än 50 gånger större än dagens toppmoderna energiskördande enheter på levande insekter.”
Rörelsefrihet möjliggjordes tack vare det organiska solcells tunna och flexibla konstruktion och sättet den fästes på insekten. Forskarna fann att buken ändrar form och delar av exoskelettet överlappar varandra efter att noggrant observerat typiska kackerlacka rörelser.
För att göra detta, varvade de självhäftande och icke-vidhäftande områden på filmerna, så att de kunde böjas medan de förblev fästa. Kackerlackorna tog dubbelt så lång tid att springa samma sträcka när tunnare solcellsfilmer testades och de hade problem med att resa sig efter att ha fallit på rygg.
När dessa komponenter väl integrerades i kackerlackorna och trådarna som stimulerar bensegmenten testades de nya cyborgsarna. Batteriet laddades med pseudo-solljus i 30 minuter, och djur fick svänga åt vänster och höger med den trådlösa fjärrkontrollen.
fukuda sade, "Med tanke på deformationen av bröstkorgen och buken under grundläggande förflyttning, verkar ett hybrid elektroniskt system av stela och flexibla element i bröstkorgen och ultramjuka enheter i buken vara en effektiv design för cyborgkackerlackor. Dessutom, eftersom bukdeformation inte är unik för kackerlackor, kan vår strategi anpassas till andra insekter som skalbaggar eller flygande insekter som cikador i framtiden."
Tidskriftsreferens:
- Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S. et al. Integration av kroppsmonterad ultramjuk organisk solcell på cyborginsekter med intakt rörlighet. npj Flex Electron 6, 78 (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
