Ученые создали дистанционно управляемых тараканов-киборгов с помощью солнечной энергии

Apr 28, 2023

Международная группа под руководством исследователей из Кластера новаторских исследований RIKEN (CPR) в Японии обнаружила способ сделать дистанционно управляемых тараканов-киборгов еще более сложными, заряжая их крошечным модулем солнечных батарей.

Насекомые замечательны; они:

Эти качества приносят пользу роботам или, что еще лучше, киборгам, созданным путем прикрепления электронных компонентов к биологическим насекомым.

Исследователи прикрепили электронику к спинам мадагаскарских тараканов. Напечатанный на 3D-принтере «рюкзак», повторяющий форму грудной клетки насекомого, содержит электронику, которая включает в себя перезаряжаемую литий-полимерную батарею, беспроводной приемник и модуль, управляющий ногами насекомого.

Они прикрепили его к модулю органических солнечных батарей, прикрепленному к брюшку таракана. Электроника покрыта ультратонкой пленкой толщиной всего 4 микрометра (примерно в 18 раз тоньше человеческого волоса), которая посылает электрические импульсы для управления тараканом. При этом он остается портативным и не мешает основным движениям насекомых.

Исследователи протестировали более толстые пленки солнечных элементов. Однако тараканам требовалось в два раза больше времени, чтобы пробежать то же расстояние, и им было трудно встать на ноги, когда они переворачивались на спину.

Наконец, в различных точках пленки были использованы клейкие и неклейкие части, чтобы не препятствовать передвижению тараканов.

«Учитывая деформацию грудной клетки и брюшка во время основного движения, гибридная электронная система жестких и гибких элементов в грудной клетке и ультрамягких устройств в брюшной полости, по-видимому, является эффективной конструкцией для тараканов-киборгов. Более того, поскольку деформация живота не уникальна для тараканов-киборгов. тараканов, наша стратегия может быть адаптирована к другим насекомым, таким как жуки, или, возможно, даже к летающим насекомым, таким как цикады, в будущем». — сказал Кэндзиро Фукуда из кластера новаторских исследований Рикен в Японии.

После зарядки в течение 30 минут на свету эти солнечные элементы имели выходную мощность 17,2 мВт, достаточную для работы электроники в течение двух часов. По данным исследовательской группы, мощность этого устройства в 50 раз выше, чем у других современных устройств по сбору энергии, используемых на живых насекомых.

Кенджиро Фукуда сказал:

«Устройства для сбора энергии, устанавливаемые на тело, имеют решающее значение для расширения диапазона активности и функциональности насекомых-киборгов».

Мадагаскарский шипящий таракан — черно-коричневое беспозвоночное, длина которого может достигать 2,4 дюйма (6 см). Тараканы родом из острова Мадагаскар, у побережья Африки. Они издают шипящий звук, быстро пропуская воздух через отверстия в спине, когда чувствуют угрозу. Звук напоминает дребезжание змеиного хвоста.

Многие виды насекомых за прошедшие годы претерпели трансформацию в киборгов, в том числе:

Электроника в более ранних моделях питалась от крошечных батареек, что ограничивало время их работы без подзарядки или замены. Имея это в виду, исследователи RIKEN CPR модифицировали тараканов, включив в свое последнее исследование солнечные элементы. С помощью солнечной батареи исследователи могли бы дистанционно управлять тараканами на неопределенный срок, поскольку их больше не будет ограничивать срок службы батареи. Солнечная батарея также устраняет необходимость подзарядки аккумулятора с помощью док-станции.

Эти достижения могут сделать киборгов-тараканов еще более эффективными в поисково-спасательных операциях или в использовании крошечных датчиков для удаленного мониторинга условий окружающей среды. Более того, исследовательская группа утверждает, что сможет применить новый дизайн к нескольким другим видам насекомых. Исследование было опубликовано 5 сентября 2022 года в журнале npj Flexible Electronics.

Посмотрите, как таракан-киборг заряжает свой специальный рюкзак, на видео ниже.