Robo-bug:En genopladelig, fjernstyrbar cyborg-kakerlak

Et internationalt hold ledet af forskere ved RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) har udviklet et system til at skabe fjernstyrede cyborg-kakerlakker, udstyret med et lille trådløst kontrolmodul, der drives af et genopladeligt batteri, der er knyttet til en solcelle. På trods af de mekaniske anordninger giver ultratynd elektronik og fleksible materialer insekterne mulighed for at bevæge sig frit. Disse resultater, rapporteret i det videnskabelige tidsskrift npj Flexible Electronics den 5. september skal være med til at gøre brugen af ​​cyborginsekter til en praktisk realitet.

Forskere har forsøgt at designe cyborg-insekter - dels insekt, del maskine - for at hjælpe med at inspicere farlige områder eller overvåge miljøet. Men for at brugen af ​​cyborginsekter skal være praktisk, skal behandlere være i stand til at fjernbetjene dem i lange perioder. Dette kræver trådløs kontrol af deres bensegmenter, drevet af et lille genopladeligt batteri. Det er fundamentalt at holde batteriet tilstrækkeligt opladet – ingen vil have et pludseligt ude af kontrol hold af cyborg-kakerlakker, der strejfer rundt. Selvom det er muligt at bygge dockingstationer til genopladning af batteriet, kan behovet for at vende tilbage og genoplade forstyrre tidsfølsomme missioner. Derfor er den bedste løsning at medtage en solcelle ombord, der løbende kan sikre, at batteriet forbliver opladet.

Alt dette er lettere sagt end gjort. For at kunne integrere disse enheder i en kakerlak, der har begrænset overfladeareal, krævede det, at forskerholdet udviklede en speciel rygsæk, ultratynde organiske solcellemoduler og et adhæsionssystem, der holder maskineriet fastgjort i lange perioder, samtidig med at det tillader naturlige bevægelser.

Ledet af Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, eksperimenterede holdet med Madagaskar-kakerlakker, som er cirka 6 cm lange. De fastgjorde det trådløse benkontrolmodul og lithiumpolymerbatteriet til toppen af ​​insektet på thoraxen ved hjælp af en specialdesignet rygsæk, som var modelleret efter kroppen af ​​en modelkakerlak. Rygsækken var 3D-printet med en elastisk polymer og tilpassede sig perfekt til kakerlakkens buede overflade, hvilket gjorde det muligt for den stive elektroniske enhed at blive stabilt monteret på thorax i mere end en måned.

Det ultratynde 0,004 mm tykke organiske solcellemodul blev monteret på den dorsale side af maven. "Det kropsmonterede ultratynde organiske solcellemodul opnår en udgangseffekt på 17,2 mW, hvilket er mere end 50 gange større end udgangseffekten fra nuværende avancerede energihøstanordninger på levende insekter," ifølge Fukuda.

Den ultratynde og fleksible organiske solcelle, og hvordan den blev fæstnet til insektet, viste sig nødvendig for at sikre bevægelsesfriheden. Efter omhyggeligt at have undersøgt naturlige kakerlakbevægelser indså forskerne, at maven ændrer form, og dele af exoskeletet overlapper hinanden. For at imødekomme dette, sammenflettede de klæbende og ikke-klæbende sektioner på filmene, hvilket tillod dem at bøje, men også forblive fastgjort. Når tykkere solcellefilm blev testet, eller når filmene var ensartet fastgjort, tog kakerlakkerne dobbelt så lang tid at løbe den samme distance og havde svært ved at rette sig op, når de lå på ryggen.

Da disse komponenter blev integreret i kakerlakkerne, sammen med ledninger, der stimulerer bensegmenterne, blev de nye cyborgs testet. Batteriet blev opladet med pseudo-sollys i 30 minutter, og dyr blev tvunget til at dreje til venstre og højre ved hjælp af den trådløse fjernbetjening.

"I betragtning af deformationen af ​​thorax og abdomen under grundlæggende bevægelse, ser et hybrid elektronisk system af stive og fleksible elementer i thorax og ultrabløde enheder i abdomen ud til at være et effektivt design til cyborg kakerlakker," siger Fukuda. "Derudover, da abdominal deformation ikke er unik for kakerlakker, kan vores strategi tilpasses til andre insekter som biller eller måske endda flyvende insekter som cikader i fremtiden." + Udforsk yderligere

Ultratynd organisk solcelle er effektiv og holdbar