Ученые создали таракана-киборга на солнечных батареях и с дистанционным управлением

Таракан, который является наполовину насекомым, а наполовину машиной, предназначен для проникновения в опасные зоны, наблюдения за окружающей средой или проведения поисково-спасательных операций без необходимости перезарядки.

Исследователям из RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) пришлось установить некоторые компоненты в крошечный «рюкзачок», чтобы таракан мог передвигаться естественно.

Ведущий автор исследования Кенджиро Фукуда сказал: «Установленный на теле сверхтонкий органический модуль солнечных батарей обеспечивает выходную мощность 17,2 мВт, что более чем в 50 раз превышает выходную мощность современных передовых устройств для сбора энергии на живых насекомых».

Тараканы, которые отличаются способностью пережить ядерную войну, стали источником вдохновения сразу для нескольких технологий в последние годы.

Различные группы ученых разработали роботов-насекомых на дистанционном управлении, которые могут карабкаться по стенам, переносить предметы и находить людей во время поисково-спасательных операций. Тараканы все еще живы, но провода, прикрепленные к их двум «церкам» — органам чувств на конце их брюшка — посылают электрические импульсы, заставляющие насекомое двигаться вправо или влево. Для отправки и получения этих электрических сигналов необходима батарея, которую необходимо заряжать.

Хотя для подзарядки батареи можно построить док-станции, необходимость возвращаться и перезаряжаться может нарушить ход экстренных миссий. Команда RIKEN хотела создать более практичную версию, которой не нужно было бы возвращаться для подзарядки. Поэтому они разработали бортовую солнечную батарею, которая гарантирует, что таракан остается заряженным все время, пока работает.

Однако у тараканов ограничена площадь поверхности, доступная для всех компонентов, необходимых для движения ног и поддержания заряда. Решение, опубликованное сегодня в npj Flexible Electronics, заключается в разработке специального «рюкзака», в котором можно было аккуратно разместить как беспроводной модуль управления ногами, так и перезаряжаемую литий-полимерную батарею.

Рюкзак, который крепится к верхней части торакса насекомого, был напечатан на 3D-принтере, чтобы идеально соответствовать изогнутой поверхности мадагаскарского таракана или Gromphadorhina portentosa. Это позволило жесткому электронному устройство продержаться на насекомом более месяца, оставив при этом место в другом месте тела для имплантации солнечной панели.

Органический модуль солнечной батареи толщиной 0,004 мм был установлен на спинной стороне брюшка таракана. Однако исследователи обнаружили, что брюшко меняло форму во время движения таракана. С толстой пленкой насекомому требовалось вдвое больше времени, чтобы пройти заданное расстояние, и ему было трудно подняться, когда он оказывался на спине. Чтобы решить эту проблему, исследователи чередовали клейкие и неклейкие участки пленки, что позволяло ей изгибаться наружу во время сгибания живота, но при этом оставаться прикрепленной. Кроме того, ее толщина составляет менее 0,005 мм, что является верхней границей толщины пленки, не мешающей движениям насекомых.

После того, как рюкзак и пленка для солнечных батарей были установлены на шестисантиметровых тараканах, киборгов протестировали.

Аккумулятор мощностью 17,2 мВт заряжали псевдосолнечным светом в течение 30 минут, и насекомых заставили поворачивать налево и направо с помощью беспроводного пульта дистанционного управления.

«Учитывая деформацию грудной клетки и брюшной полости во время основных движений, гибридная электронная система из жестких и гибких элементов в грудной клетке и сверхмягких устройств в брюшной полости кажется эффективной конструкцией для тараканов-киборгов, — сказал Фукуда. — Более того, поскольку деформация брюшной полости не уникальна для тараканов, наша стратегия может быть адаптирована к другим насекомым, таким как жуки, или, возможно, даже к летающим насекомым, таким как цикады, в будущем».