Японські вчені створили дистанційно керованих тарганів-кіборгів

Дослідники розробили систему для створення дистанційно керованих тарганів-кіборгів, оснащену крихітним модулем бездротового управління, який живиться від батареї, що перезаряджається, прикріпленої до сонячної батареї. Незважаючи на механічні пристрої, надтонка електроніка та гнучкі матеріали дозволяють комахам вільно пересуватися. Ці досягнення допоможуть зробити використання комах-кіборгів реальністю.

Вчені намагалися сконструювати комах-кіборгів — наполовину комаху, наполовину машину, щоб допомагати інспектувати небезпечні зони та стежити за довкіллям. Однак, щоб використання комах-кіборгів було практичним, дресирувальники повинні мати можливість дистанційно керувати ними протягом тривалих періодів часу. Це тягне за собою бездротове управління сегментами їхніх ніг, що живиться від крихітної батареї, що перезаряджається.

Акумулятор повинен бути заряджений належним чином – ніхто не хоче, щоб навколо тинявся рій тарганів-кіборгів, що раптово вийшов з-під контролю. У той час, як док-станції для підзарядки батареї можуть бути побудовані, необхідність повернення та підзарядки може порушити виконання термінових місій. Таким чином, оптимальним підходом є включення бортової сонячної батареї, яка може забезпечувати постійно заряд батареї.

Звісно, все це легше сказати, аніж зробити. Щоб успішно інтегрувати ці пристрої в таргана з обмеженою площею поверхні, команді інженерів потрібно було розробити спеціальний рюкзак та ультратонкі модулі органічних сонячних елементів. Їм також була потрібна система зчеплення, яка утримувала б обладнання протягом тривалого періоду часу, зберігаючи при цьому природні рухи.

Під керівництвом Кенджиро Фукуда, RIKEN CPR, дослідницька група експериментувала з мадагаскарськими тарганами, довжина яких становить приблизно 6 см (2,4 дюйми). Вони прикріпили бездротовий модуль керування ногами та літій-полімерний акумулятор до верхньої частини грудної клітини комахи за допомогою спеціально розробленого рюкзака. Він був змодельований на зразок тіла модельного таргана і надрукований на 3D-принтері з еластичного полімеру. В результаті вийшов рюкзак, який ідеально відповідав вигнутій поверхні таргана, дозволяючи надійно закріпити жорсткий електронний пристрій на грудній клітці більше місяця.

Ультратонкий модуль органічних сонячних елементів товщиною 0,004 мм встановлений на задній стороні черевної порожнини. “Встановлений на тілі надтонкий модуль органічних сонячних елементів забезпечує вихідну потужність 17,2 мВт, що більш ніж у 50 разів перевищує вихідну потужність сучасних сучасних пристроїв збирання енергії на живих комах”, – говорить Фукуда.

Ультратонкий та гнучкий органічний сонячний елемент і те, як він був прикріплений до комахи, виявились необхідними для забезпечення свободи пересування. Ретельно вивчивши природні рухи тарганів, вчені зрозуміли, що черевце змінює форму, а частини екзоскелету перекриваються. Щоб пристосуватися до цього, вони чергували клейкі та неклейкі ділянки на плівках, що дозволяло згинатися, але при цьому залишатися прикріпленими. Коли тестувалися товстіші плівки сонячних елементів або коли плівки були рівномірно прикріплені, тарганам потрібно було вдвічі більше часу, щоб пробігти ту ж саму відстань. Їм було важко випростатися, коли вони лежали на спині.

Як тільки ці компоненти були інтегровані в тарганів разом із проводами, які стимулюють сегменти ніг, нові кіборги були протестовані. Акумулятор заряджали псевдосонячним світлом протягом 30 хвилин, а тварин змушували повертатися вліво та вправо за допомогою бездротового пульта дистанційного керування.

«З огляду на деформацію грудної клітки та черевної порожнини під час основних рухів, гібридна електронна система із жорстких та гнучких елементів у грудній клітці та надм’яких пристроїв у черевній порожнині видається ефективною конструкцією для тарганів-кіборгів», — каже Фукуда. «Більше того, оскільки деформація черевної порожнини не є унікальною для тарганів, наша стратегія може бути адаптована до інших комах, таких як жуки, або, можливо, навіть до комах, що літають, таким як цикади в майбутньому».