Wissenschaftler erschaffen ferngesteuerte Cyborg-Kakerlaken mit Solarenergie

Sep 07, 2023

Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) in Japan hat eine Technik entdeckt, mit der ferngesteuerte Cyborg-Kakerlaken noch raffinierter gemacht werden können, indem sie mit einem winzigen Solarzellenmodul aufgeladen werden.

Insekten sind bemerkenswert; Sie:

Diese Eigenschaften kommen Robotern oder noch besser Cyborgs zugute, die durch die Anbringung elektronischer Komponenten an biologischen Insekten hergestellt werden.

Die Forscher befestigten Elektronikgeräte auf dem Rücken von Madagaskar-Kakerlaken. Ein 3D-gedruckter „Rucksack“, der der Form des Brustkorbs des Insekts entspricht, enthält die Elektronik, zu der ein wiederaufladbarer Lithium-Polymer-Akku, ein drahtloser Empfänger und ein Modul zur Steuerung der Beine des Insekts gehören.

Diese befestigten sie an einem Modul aus organischen Solarzellen, das am Hinterleib der Kakerlake befestigt war. Die Elektronik ist mit einer ultradünnen Folie bedeckt, die nur 4 Mikrometer dick ist (etwa 18 Mal dünner als ein menschliches Haar), um elektrische Impulse zur Kontrolle der Kakerlake zu senden. Gleichzeitig bleibt es tragbar und beeinträchtigt die Grundbewegungen der Insekten nicht.

Forscher testeten dickere Solarzellenfolien. Allerdings brauchten die Kakerlaken für die gleiche Distanz doppelt so lange und hatten Schwierigkeiten, sich wieder aufzurichten, als sie sich auf den Rücken drehten.

Schließlich wurden an verschiedenen Stellen der Folie klebende und nicht klebende Teile verwendet, um die Beweglichkeit der Kakerlaken nicht zu beeinträchtigen.

„In Anbetracht der Verformung des Brustkorbs und des Bauches während der grundlegenden Fortbewegung scheint ein hybrides elektronisches System aus starren und flexiblen Elementen im Brustkorb und ultraweichen Geräten im Bauch ein wirksames Design für Cyborg-Kakerlaken zu sein Kakerlaken, unsere Strategie kann auf andere Insekten wie Käfer oder vielleicht sogar auf Fluginsekten wie Zikaden in der Zukunft angepasst werden. sagte Kenjiro Fukuda vom Riken Cluster for Pioneering Research in Japan.

Nach 30-minütigem Aufladen im Licht hatten diese Solarzellen eine Leistung von 17,2 mW, was ausreichte, um die Elektronik zwei Stunden lang zu betreiben. Nach Angaben des Forschungsteams ist die Leistung dieses Geräts 50-mal höher als die anderer hochmoderner Energiegewinnungsgeräte, die bei lebenden Insekten eingesetzt werden.

Kenjiro Fukuda sagte:

„Am Körper befestigte Energiegewinnungsgeräte sind entscheidend für die Erweiterung des Aktivitäts- und Funktionsumfangs von Cyborg-Insekten.“

Die Madagaskar-Zischschabe ist ein schwarzbraunes Wirbelloses, das bis zu 6 cm lang werden kann. Die Kakerlaken sind auf der Insel Madagaskar vor der Küste Afrikas beheimatet. Sie erzeugen das zischende Geräusch, indem sie schnell Luft durch Öffnungen in ihrem Rücken strömen lassen, wenn sie sich bedroht fühlen. Das Geräusch ähnelt dem Rasseln des Schwanzes einer Schlange.

Viele Insektenarten haben im Laufe der Jahre eine Cyborg-Transformation durchlaufen, darunter:

Die Elektronik früherer Modelle wurde von winzigen Batterien gespeist, wodurch die Betriebsdauer begrenzt war, bevor sie aufgeladen oder ersetzt werden musste. Vor diesem Hintergrund haben RIKEN CPR-Forscher in ihrer neuesten Studie Kakerlaken so modifiziert, dass sie Solarzellen einbeziehen. Mit einer Solarzelle könnten Forscher eine Kakerlake unbegrenzt fernsteuern, da sie nicht mehr durch die Batterielebensdauer eingeschränkt wären. Durch die Solarzelle entfällt außerdem die Notwendigkeit, den Akku über eine Dockingstation aufzuladen.

Diese Fortschritte könnten Kakerlaken-Cyborgs bei Such- und Rettungsmissionen oder beim Einsatz winziger Sensoren zur Fernüberwachung von Umweltbedingungen noch effizienter machen. Darüber hinaus behauptet das Forschungsteam, dass sie das neue Design auf mehrere andere Insektenarten anwenden könnten. Die Forschung wurde am 5. September 2022 in der Zeitschrift npj Flexible Electronics veröffentlicht.

Sehen Sie im Video unten, wie die Cyborg-Kakerlake ihren speziellen Rucksack auflädt.