Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) zaprojektował system do tworzenia zdalnie sterowanych karaluchów cyborgów, składający się z maleńkiego, bezprzewodowego modułu sterującego, zasilanego akumulatorem podłączonym do mikro-ogniwa fotowoltaicznego. Ultracienka elektronika i elastyczne materiały pozwalają owadom na swobodne poruszanie się. Zaprezentowany 5 września system, w czasopiśmie naukowym „npj Flexible Electronics” pomoże w praktycznym wykorzystaniu owadów cyborgów.
Naukowcy zaprojektowali owady cyborgi aby pomóc w inspekcjach niebezpiecznych obszarów lub monitorowaniu środowiska w niebezpiecznych i trudno dostępnych miejscach. Jednak, aby wykorzystanie owadów cyborgów było praktyczne, „opiekunowie” muszą być w stanie kontrolować je zdalnie przez dostatecznie długi czas. Wymaga to bezprzewodowego sterowania zasilanego małym akumulatorem. Odpowiednie naładowanie baterii ma fundamentalne znaczenie aby nie utracić kontroli nad zespołem karaluchów cyborgów. Chociaż możliwe jest zbudowanie stanowisk do ładowania baterii, konieczność powrotu i naładowania mogłaby zakłócić przeprowadzane misje. Dlatego najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie ogniwa fotowoltaicznego na ciele owada, które może zapewniać ładowanie akumulatora.
Wszystko to jednak łatwiej zaprojektować niż wykonać. Aby pomyślnie zintegrować system z karaluchem, zespół badawczy musiał opracować unikalny sposób umieszczenia ultracienkich organicznych ogniw fotowoltaicznych, utrzymujących się na jego ciele przez odpowiednio długi czas, jednocześnie umożliwiając owadowi naturalne ruchy.
Zespół kierowany przez Kenjiro Fukudę z RIKEN CPR eksperymentował z karaluchami z Madagaskaru, które mają około 6 cm długości. Za pomocą specjalnie zaprojektowanego „plecaka”, który dopasowano do ciała modelowego karalucha, naukowcy przymocowali bezprzewodowo sterowany system działający przez ponad miesiąc do zakrzywionej powierzchni jego ciała.
Ultracienki moduł organicznego ogniwa fotowoltaicznego ma grubość 0,004 mm. Montowany na ciele ultracienki moduł organicznego ogniwa słonecznego osiąga moc wyjściową 17,2 mW, czyli ponad 50 razy większą niż moc wyjściowa obecnych najnowocześniejszych urządzeń gromadzących energię na żywych owadach. Po zintegrowaniu tych elementów z karaluchami wraz z przewodami stymulującymi segmenty nóg, przetestowano nowe cyborgi. Akumulator był ładowany światłem przez 30 min, a zwierzęta skręcały w lewo i prawo za pomocą bezprzewodowego pilota.
– Biorąc pod uwagę brak odkształcania klatki piersiowej i brzucha podczas podstawowego poruszania się karaluchów, hybrydowy system elektroniczny sztywnych i elastycznych elementów umieszczonych na ich klatce piersiowej i na brzuchu wydaje się skutecznym projektem dla konstruowania cyborgów – mówi Fukuda. Ponieważ brak odkształcania się elementów tułowia jest charakterystyczne nie tylko dla karaluchów, nasza strategia może być dostosowana do innych owadów, takich jak chrząszcze, a w przyszłości może nawet do owadów latających takich jak cykady – dodaje.
Zdjęcie główne: Karaluch cyborg opracowany w ramach badań, wyposażony jest w maleńki bezprzewodowy moduł sterujący, zasilany przez ładowalną baterię ogniwem fotowoltaicznym.
Źródło: © RIKEN, Japonia
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
