Mezinárodní tým vedený výzkumníky z Clusteru pro průkopnický výzkum (CPR) RIKEN o výsledcích informoval ve vědeckém časopise npj Flexible Electronics. Snaží navrhnout kyborgský hmyz - zčásti hmyz, zčásti stroj - který by pomáhal kontrolovat nebezpečné oblasti a monitorovat životní prostředí. Aby však bylo využití kyborgského hmyzu praktické, musí být ošetřovatelé schopni jej ovládat na dálku po dlouhou dobu. K tomu je zapotřebí bezdrátové ovládání segmentů jejich nohou napájených malou dobíjecí baterií.
Udržování dostatečně nabitého akumulátoru je velmi důležité - nikdo nechce, aby se náhle vymklo kontrole hejno kyborgů-švábů, kteří se potulují po okolí. Dokovací stanice pro dobíjení baterie by sice mohly být postaveny, ale nutnost vracet se a dobíjet by mohla narušit časově náročné mise. Optimální je proto zabudování palubního solárního článku, který může nepřetržitě zajišťovat, že baterie zůstane nabitá.
To vše se samozřejmě snáze řekne, než udělá. Aby bylo možné tato zařízení náhle integrovat do švába, který má omezený povrch, musel tým inženýrů vyvinout speciální batoh a ultratenké moduly organických solárních článků. Potřebovali také přilnavý systém, který udrží zařízení připevněné po dlouhou dobu a zároveň umožní přirozený pohyb.
Výzkumný tým pod vedením Kenjira Fukudy z RIKEN CPR experimentoval s madagaskarskými šváby, kteří jsou dlouzí přibližně 6 cm. Bezdrátový modul pro ovládání nohou a lithium-polymerovou baterii připevnili k horní části hmyzu na hrudi pomocí speciálně navrženého batohu. Ten byl vymodelován podle těla modelu švába a vytištěn 3D tiskem z pružného polymeru. Výsledkem byl batoh, který se dokonale přizpůsobil zakřivenému povrchu švába a umožnil stabilní upevnění tuhého elektronického zařízení na hrudníku po dobu více než jednoho měsíce.
Ultratenký modul organických solárních článků o tloušťce 0,004 mm byl připevněn na zadní stranu břicha. "Ultratenký modul organických solárních článků namontovaný na těle dosahuje výkonu 17,2 mW, což je více než 50krát více než výkon současných nejmodernějších zařízení pro sběr energie na živém hmyzu," uvádí Fukuda.
Ultratenký a ohebný organický solární článek a způsob jeho připevnění k hmyzu se ukázaly jako nezbytné pro zajištění volnosti pohybu. Po pečlivém prozkoumání přirozených pohybů švábů si vědci uvědomili, že břicho mění tvar a části exoskeletu se překrývají. Aby se tomu přizpůsobili, prokládali na fóliích lepivé a nelepivé části, což jim umožnilo ohýbat se, ale zároveň zůstat připevněné. Při testování silnějších fólií se solárními články nebo při rovnoměrném připevnění fólií trvalo švábům uběhnout stejnou vzdálenost dvakrát déle. Měli také potíže se narovnat, když se postavili na záda.
Jakmile byly tyto komponenty do švábů integrovány, spolu s dráty stimulujícími segmenty nohou, byli noví kyborgové testováni. Baterie se nabíjela pseudoslunečním světlem po dobu 30 let a zvířata byla nucena otáčet se doleva a doprava pomocí bezdrátového dálkového ovládání.
"Vzhledem k deformaci hrudníku a břicha při základní lokomoci se hybridní elektronický systém z pevných a pružných prvků v hrudníku a ultraměkkých zařízení v břiše jeví jako efektivní konstrukce pro kyborgy-šváby," říká Fukuda. "Navíc vzhledem k tomu, že deformace břicha není u švábů jedinečná, lze naši strategii v budoucnu přizpůsobit i pro jiný hmyz, například brouky, nebo možná i létající hmyz, jako jsou cikády."
Zdroj: https://www.nature.com/articles/s41528-022-00207-2 (i.f. 10,63)
Foto: Elegance Nairobi, Unsplash
Více z technologií na CZECHSIGHT:
Peter Kutsos
Vendula Lužná
Vstup do diskuze