Международная группа научных специалистов под руководством японского Института физико-химических исследований (RIKEN) разработала технологию создания из «шипящих» мадагаскарских тараканов дистанционно управляемых устройств-киборгов. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
, оснащенную крошечным модулем беспроводного управления, который питается от перезаряжаемой батареи, прикрепленной к солнечной батарее. Несмотря на механические устройства, сверхтонкая электроника и гибкие материалы позволяют насекомым свободно передвигаться. Эти достижения, о которых сообщалось в научном журнале npj Flexible Electronics 5 сентября, помогут сделать использование насекомых-киборгов практической реальностью.
Многие исследователи не раз пытались сконструировать киборгов из насекомых. Однако на их пути стояла серьезная проблема – обеспечить возможность удаленно управлять насекомыми в течение длительных периодов времени. Для этого требуется беспроводное управление сегментами их ног, питающееся от миниатюрной перезаряжаемой батареи.
Хотя можно построить док-станции для подзарядки батареи, необходимость возвращаться и перезаряжаться может нарушить выполнение срочных миссий. Таким образом, лучшим решением оказалась установка встроенной солнечной батареи, которая может постоянно обеспечивать заряд батареи.
Чтобы успешно интегрировать эти устройства в таракана с ограниченной площадью поверхности, исследовательской группе RIKEN потребовалось разработать специальный рюкзак, ультратонкие модули органических солнечных элементов и систему сцепления, которая удерживает механизмы прикрепленными в течение длительного периода времени, а также обеспечивает естественные движения.
Под руководством ученого из RIKEN Кенджиро Фукуды исследовательская группа экспериментировала с мадагаскарскими тараканами, длина которых составляла примерно 6 см. Они прикрепили беспроводной модуль управления ногами и литий-полимерную батарею к верхней части грудной клетки насекомого с помощью специально разработанного рюкзака, который был смоделирован по образцу тела модельного таракана. Рюкзак был напечатан на 3D-принтере из эластичного полимера и идеально соответствовал изогнутой поверхности таракана, что позволяло надежно закрепить на срок более месяца жесткое электронное устройство на грудной клетке насекомого.
Сверхтонкий модуль органических солнечных элементов (толщиной 0,004 мм) был установлен на дорсальной стороне живота. «Этот модуль обеспечивает выходную мощность 17,2 мВт, что более чем в 50 раз превышает аналогичный показатель современных устройств сбора энергии на живых насекомых», – пояснил Фукуда.
Ультратонкий и гибкий органический солнечный элемент и то, как он был прикреплен к насекомому, оказались хорошо подходящими для обеспечения свободы передвижения насекомого. Тщательно изучив естественные движения тараканов, исследователи поняли, что брюшко меняет форму, а части экзоскелета перекрываются.
Чтобы приспособиться к этому, они чередовали клейкие и неклейкие участки на пленках, что позволяло им сгибаться, но при этом оставаться прикрепленными. Когда тестировались более толстые пленки солнечных элементов или когда пленки были равномерно прикреплены, тараканам требовалось вдвое больше времени, чтобы пробежать то же расстояние, и им было трудно выпрямиться, когда они лежали на спине.
Как только все нужные компоненты были интегрированы в тараканов вместе с проводами, которые стимулируют электроимпульсом сегменты ног, сконструированные киборги были протестированы. Аккумулятор заряжали псевдосолнечным светом в течение 30 минут, а затем подопытных насекомых заставляли поворачиваться влево и вправо с помощью беспроводного пульта дистанционного управления.
По итогам тестирования гибридная электронная система из жестких и гибких элементов в грудной клетке и ультрамягких устройств в брюшной полости оказалась весьма эффективной конструкцией для тараканов-киборгов. «Более того, поскольку деформация брюшной полости не является уникальной для тараканов, наша разработка может быть со временем адаптирована к другим насекомым, таким как жуки, или, возможно, даже к летающим насекомым наподобие стрекоз», – отметил Фукуда.