№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

В Японии создали дистанционно управляемых тараканов-киборгов

Фото: RIKEN Cluster for Pioneering Research

Ученые идеально приспособили сложную электронику к телу мадагаскарского таракана.

Инженеры из японской компании RIKEN Cluster for Pioneering Research создали дистанционно управляемых тараканов-киборгов, оснащенных крошечным беспроводным модулем управления, который питается от перезаряжаемой батареи, прикрепленной к солнечной батарее. Несмотря на механические устройства, сверхтонкая электроника и гибкие материалы позволяют насекомым свободно передвигаться.

Как объясняют в RIKEN, насекомые-киборги могут помогать инспектировать опасные зоны и следить за окружающей средой. Однако, чтобы использование насекомых-киборгов было практичным, исследователи должны иметь возможность удаленно управлять ими в течение длительных периодов времени.

Чтобы успешно интегрировать эти устройства в таракана, команде инженеров потребовалось разработать специальный рюкзак и ультратонкие модули органических солнечных элементов.

Исследовательская группа под руководством Кендзиро Фукуды экспериментировала с мадагаскарскими тараканами, длина которых составляет примерно шесть сантиметров. Они прикрепили беспроводной модуль управления ногами и литий-полимерный аккумулятор к верхней части грудной клетки насекомого с помощью специально разработанного рюкзака. Он был смоделирован по образцу тела модельного таракана и напечатан на 3D-принтере из эластичного полимера.

В результате получился рюкзак, который идеально соответствовал изогнутой поверхности таракана, позволяя надежно закрепить жесткое электронное устройство на грудной клетке. Ультратонкий модуль органических солнечных элементов толщиной 0,004 мм был установлен на задней стороне брюшной полости.

«Установленный на теле сверхтонкий модуль органических солнечных элементов обеспечивает выходную мощность 17,2 мВт, что более чем в 50 раз превышает выходную мощность современных устройств сбора энергии на живых насекомых», – Кендзиро Фукуда.

Ультратонкий и гибкий органический солнечный элемент и то, как он был прикреплен к насекомому, оказались необходимыми для обеспечения свободы передвижения. Тщательно изучив естественные движения тараканов, ученые 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 в два раза больше времени, чтобы пробежать то же самое расстояние. Им также было трудно выпрямиться, когда они лежали на спине.

Как только эти компоненты были интегрированы в тараканов вместе с проводами, которые стимулируют сегменты ног, новые киборги были протестированы. Аккумулятор заряжали псевдосолнечным светом в течение 30 минут, а насекомых заставляли поворачиваться влево и вправо 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. Более того, поскольку деформация брюшной полости не является уникальной для тараканов, наша стратегия может быть адаптирована к другим насекомым, таким как жуки, или, возможно, даже к летающим насекомым, таким как цикады», – заключает Фукуда.