Výzkumníci v Japonsku zkonstruovali systém pro vytváření dálkově ovládaných švábů. Tito švábi mají ve výbavě malý bezdrátový řídicí modul, který je napájený dobíjecí baterií. Baterie je zase připojená k solárnímu článku.
Navzdory mechanickým zařízením, ultratenká elektronika a flexibilní materiály umožňují hmyzu volný pohyb. Tyto úspěchy pomohou učinit z používání dálkově ovládaného hmyzu praktickou realitu. Mezinárodní tým vedený výzkumníky z RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) dnes (5. září 2022) oznámil výsledky ve vědeckém časopise npj Flexible Electronics.
Dálkově ovládaní švábi
Vědci se pokoušeli navrhnout dálkově ovládaný hmyz (hmyzího „Kyborga“) – zčásti hmyz, zčásti stroj – aby pomohli při inspekci nebezpečných oblastí a monitorování životního prostředí. Aby však mohlo být použití dálkově ovládaného hmyzu praktické, musí manipulátoři ovládat hmyz na dálku po dlouhou dobu. To znamená bezdrátové ovládání jejich segmentů nohou, které napájí malou dobíjecí baterií.
Udržování baterie přiměřeně nabité je zásadní. Nikdo nechce, aby se kolem náhle potulovalo hejno švábích kyborgů, kteří se vymkli kontrole. I když je možné postavit dokové stanice pro dobíjení baterie, nutnost návratu a dobití by mohla narušit časově citlivé mise. Optimálním přístupem má být proto zahrnutí palubního solárního článku, který dokáže nepřetržitě zajistit, že baterie zůstane nabitá.
To vše se samozřejmě snáze řekne, než udělá. Pro úspěšnou integraci těchto zařízení do švába, který má omezenou povrchovou plochu, vyžadoval tým inženýrů, aby vyvinul speciální batoh a ultratenké moduly organických solárních článků. Potřebovali také adhezní systém, který udrží strojní zařízení připevněné po dlouhou dobu a zároveň umožní přirozené pohyby.
Modul bezdrátového ovládání
Pod vedením Kenjiro Fukudy, RIKEN CPR, výzkumný tým experimentoval s madagaskarskými šváby, kteří jsou přibližně 6 cm dlouzí. Připevnili modul bezdrátového ovládání nohou a lithium-polymerovou baterii k vrcholu hmyzu na hrudníku pomocí speciálně navrženého batohu. Vymodelování provedli podle těla modelového švába a 3D vytištěného elastickým polymerem. Výsledkem se stal batoh, který se dokonale přizpůsobil zakřivenému povrchu švába. To umožnilo pevné elektronické zařízení stabilně namontovat na hrudník po dobu delší než měsíc.
Ultratenký modul organického solárního článku o tloušťce 0,004 mm namontovali na zadní stranu břicha. „Ultratenký modul organických solárních článků namontovaný na těle dosahuje výkonu 17,2 mW. To je více než padesátkrát větší výkon než výkon současných nejmodernějších zařízení pro sběr energie na živém hmyzu,“ uvádí Fukuda.
Ultratenký a flexibilní organický solární článek a způsob, jakým se připevnil k hmyzu, se ukázal jako nezbytný pro zajištění svobody pohybu. Po pečlivém prozkoumání přirozených pohybů švábů si vědci uvědomili, že břicho mění tvar a části exoskeletu se překrývají. Aby tomu vyhověli, vložili na fólie adhezivní a neadhezivní části, což jim umožnilo ohýbat se, ale také zůstat připevněné. Když se testovaly silnější fólie solárních článků nebo když byly fólie rovnoměrně připevněny, trvalo švábům dvakrát tak dlouho, než uběhli stejnou vzdálenost. Měli také potíže se vzpřímením, když byli na zádech.
Testování kyborgů
Jakmile se komponenty integrovaly do švábů spolu s dráty, které stimulují segmenty nohou, začalo testování nových švábích kyborgů. Baterie se nabíjela umělým slunečním světlem po dobu 30 minut a švábi se pomocí bezdrátového dálkového ovládání otočila doleva a doprava.
„S ohledem na deformaci hrudníku a břicha během základní lokomoce se zdá, že hybridní elektronický systém tuhých a flexibilních prvků v hrudníku a měkkých zařízení v břiše je účinným řešením pro šváby kyborgy,“ říká Fukuda. „Navíc, protože deformace břicha není jedinečná u švábů, lze naši strategii v budoucnu přizpůsobit jinému hmyzu. Např. broukům nebo možná i létajícímu hmyzu, jako třeba cikády.“
Zdroje: scitechdaily, TopVozíky