I ricercatori di RIKEN, in Giappone, hanno creato scarafaggi cyborg telecomandati, dotati di un minuscolo modulo di controllo wireless alimentato da una batteria ricaricabile collegata a una cella solare. Credito:RIKEN
Un team internazionale guidato dai ricercatori del RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) ha progettato un sistema per la creazione di scarafaggi cyborg telecomandati, dotato di un minuscolo modulo di controllo wireless alimentato da una batteria ricaricabile collegata a una cella solare. Nonostante i dispositivi meccanici, l'elettronica ultrasottile e i materiali flessibili consentono agli insetti di muoversi liberamente. Questi risultati, riportati nella rivista scientifica npj Flexible Electronics il 5 settembre, contribuirà a rendere l'uso degli insetti cyborg una realtà pratica.
I ricercatori hanno cercato di progettare insetti cyborg, in parte insetto, in parte macchina, per aiutare a ispezionare aree pericolose o monitorare l'ambiente. Tuttavia, affinché l'uso degli insetti cyborg sia pratico, i gestori devono essere in grado di controllarli a distanza per lunghi periodi di tempo. Ciò richiede il controllo wireless dei segmenti delle gambe, alimentato da una minuscola batteria ricaricabile. Mantenere la batteria adeguatamente carica è fondamentale:nessuno vuole che una squadra di scarafaggi cyborg improvvisamente fuori controllo vada in giro. Sebbene sia possibile costruire docking station per ricaricare la batteria, la necessità di restituire e ricaricare potrebbe interrompere le missioni urgenti. Pertanto, la soluzione migliore è includere una cella solare di bordo in grado di garantire continuamente che la batteria rimanga carica.
Tutto questo è più facile a dirsi che a farsi. Per integrare con successo questi dispositivi in uno scarafaggio che ha una superficie limitata, il team di ricerca ha richiesto lo sviluppo di uno zaino speciale, moduli di celle solari organiche ultrasottili e un sistema di adesione che mantiene il macchinario attaccato per lunghi periodi di tempo consentendo anche movimenti naturali.
Guidato da Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, il team ha sperimentato gli scarafaggi del Madagascar, che sono lunghi circa 6 cm. Hanno attaccato il modulo di controllo delle gambe wireless e la batteria ai polimeri di litio alla parte superiore dell'insetto sul torace utilizzando uno zaino appositamente progettato, che è stato modellato sul corpo di un modello di scarafaggio. Lo zaino è stato stampato in 3D con un polimero elastico e si è conformato perfettamente alla superficie curva dello scarafaggio, consentendo al dispositivo elettronico rigido di essere montato stabilmente sul torace per più di un mese.
Il modulo a celle solari organiche ultrasottili di 0,004 mm di spessore è stato montato sul lato dorsale dell'addome. "Il modulo a celle solari organiche ultrasottili montato sul corpo raggiunge una potenza di 17,2 mW, che è più di 50 volte maggiore della potenza degli attuali dispositivi di raccolta di energia all'avanguardia sugli insetti viventi", secondo Fukuda.
La cella solare organica ultrasottile e flessibile e il modo in cui è stata attaccata all'insetto si sono rivelati necessari per garantire libertà di movimento. Dopo aver esaminato attentamente i movimenti naturali degli scarafaggi, i ricercatori si sono resi conto che l'addome cambia forma e porzioni dell'esoscheletro si sovrappongono. Per far ciò, hanno interfogliato sezioni adesive e non adesive sulle pellicole, il che ha permesso loro di piegarsi ma anche di rimanere attaccate. Quando sono stati testati film di celle solari più spessi o quando i film sono stati fissati in modo uniforme, gli scarafaggi impiegavano il doppio del tempo per percorrere la stessa distanza e avevano difficoltà a raddrizzarsi quando erano sulla schiena.
Una volta che questi componenti sono stati integrati negli scarafaggi, insieme ai cavi che stimolano i segmenti delle gambe, sono stati testati i nuovi cyborg. La batteria è stata caricata con una pseudo-luce solare per 30 minuti e gli animali sono stati fatti girare a sinistra ea destra utilizzando il telecomando wireless.
"Considerando la deformazione del torace e dell'addome durante la locomozione di base, un sistema elettronico ibrido di elementi rigidi e flessibili nel torace e dispositivi ultramorbidi nell'addome sembra essere un progetto efficace per gli scarafaggi cyborg", afferma Fukuda. "Inoltre, poiché la deformazione addominale non è esclusiva degli scarafaggi, la nostra strategia può essere adattata ad altri insetti come i coleotteri, o forse anche insetti volanti come le cicale in futuro". + Esplora ulteriormente
