Щоб допомогти досліджувати небезпечні регіони або стежити за навколишнім середовищем, вчені намагалися створити комах-кіборгів, частково комах і, перш за все, машини. Однак здатність дистанційно контролювати комах-кіборгів протягом тривалого періоду часу необхідна для того, щоб їх використання було життєздатним. Однак їхня вихідна потужність обмежена менш ніж одним мВт, що значно нижче, ніж потрібно для бездротового керування пересуванням. Площа і навантаження енергозбирального пристрою істотно погіршують рухливість крихітних роботів.
Міжнародна команда під керівництвом дослідників з RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) розробив систему для створення дистанційно керованих тарганів-кіборгів. Система складається з крихітного бездротового модуля керування, що живиться від a акумулятор прикріплений до а сонячна панель. Комахи можуть пересуватися завдяки гнучким матеріалам і ультратонкій електроніці, незважаючи на механічні пристосування.
Вчені провели своє дослідження з використанням мадагаскарських тарганів довжиною 6 см. Бездротовий модуль керування ногами та літій-полімерна батарея були встановлені на грудну клітку комахи за допомогою виготовленого на замовлення рюкзака, створеного за зразком тіла таргана. Рюкзак був надрукований 3D за допомогою еластичного полімеру та ідеально відповідав вигнутій поверхні таргана. Це дозволило жорсткому електронному пристрою стабільно кріпитися на грудній клітці більше місяця.
Кендзіро Фукуда, RIKEN CPR, сказав: «Ультратонкий органічний сонячний модуль товщиною 0.004 мм був встановлений на спинній стороні черевної порожнини. Ультратонкий органічний модуль сонячної батареї, встановлений на корпусі, досягає вихідної потужності 17.2 мВт, що більш ніж у 50 разів перевищує потужність сучасних сучасних пристроїв для збору енергії на живих комахах».
Свобода рухів стала можливою завдяки органіці сонячна панельтонка і гнучка конструкція і спосіб її кріплення до комахи. Вчені виявили, що черевна порожнина змінює форму, а частини екзоскелета перекриваються після уважного спостереження за типовими рухи тарганів.
Для цього вони вкраплювали клейкі та неклейкі ділянки на плівки, дозволяючи їм згинатися, залишаючись прикріпленими. Тарганам знадобилося вдвічі більше часу, щоб пробігти таку ж відстань під час тестування більш тонких плівок сонячних батарей, і їм було важко встати після падіння на спину.
Після того, як ці компоненти були інтегровані в тарганів і дроти, які стимулюють сегменти ніг, нові кіборги були випробувані. Акумулятор заряджали псевдосонячним світлом протягом 30 хвилин, а тварин змушували повертатися ліворуч і праворуч за допомогою бездротового пульта дистанційного керування.
Фукуда сказав, «Враховуючи деформацію грудної клітки та черевної порожнини під час основної локомоції, гібридна електронна система з жорстких і гнучких елементів у грудній клітці та ультрам’яких пристроїв у черевній порожнині є ефективною конструкцією для тарганів-кіборгів. Більш того, оскільки деформація живота не є унікальною для таргани, у майбутньому наша стратегія може бути адаптована до інших комах, таких як жуки, або літаючих комах, таких як цикади».
Довідка з журналу:
- Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S. та ін. Інтеграція ультрам’якої органічної сонячної батареї, встановленої на тілі, на комахах-кіборгах з непорушеною рухливістю. npj Flex Electron 6, 78 (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00207-2
