Auch wenn es sich anhört wie etwas, das aus Ihren Alpträumen gekrochen ist, sind Cyborg-Kakerlaken eher als Freunde denn als Feinde angekommen.
Wissenschaftler in Japan haben ein neues ferngesteuertes Insekt entwickelt, das mit einem batteriebetriebenen „Rucksack“ ausgestattet ist, der von Sonnenkollektoren gespeist wird.
Die Kakerlake, die teils Insekt, teils Maschine ist, soll gefährliche Bereiche betreten, die Umwelt überwachen oder Such- und Rettungseinsätze unternehmen, ohne dass sie aufgeladen werden muss.
Die Forscher vom RIKEN Cluster for Pioneering Research mussten einige Komponenten in ein winziges Paket einbauen, um alle natürlichen Bewegungen der Kakerlake zu ermöglichen.
Hauptautor Kenjiro Fukuda sagte: „Das am Körper angebrachte ultradünne organische Solarzellenmodul erreicht eine Ausgangsleistung von 17,2 mW, was mehr als 50-mal größer ist als die Ausgangsleistung von aktuellen, hochmodernen Energiegewinnungsgeräten an lebenden Insekten. ‘
Forscher von RIKEN, Japan, haben ferngesteuerte Cyborg-Kakerlaken geschaffen, die mit einem Steuermodul ausgestattet sind, das von einer wiederaufladbaren Batterie gespeist wird, die an einer Solarzelle befestigt ist
Die Kakerlake, die teils Insekt, teils Maschine ist, soll gefährliche Bereiche betreten oder die Umwelt überwachen, ohne dass sie aufgeladen werden muss
Kakerlaken, die berühmt dafür sind, einen Atomkrieg zu überleben, waren in den letzten Jahren die Inspiration für eine Reihe von Technologien.
Verschiedene Wissenschaftlerteams haben ferngesteuerte Robo-Bugs entwickelt, die Wände erklimmen, Gegenstände tragen und Menschen bei Such- und Rettungsmissionen finden können.
Die Kakerlaken leben noch, aber Drähte, die an ihren beiden „Cerci“ – Sinnesorganen am Ende ihres Hinterleibs – befestigt sind, senden elektrische Impulse, die das Insekt veranlassen, sich nach rechts oder links zu bewegen.
Für das Senden und Empfangen dieser elektrischen Signale ist eine Batterie notwendig, die aufgeladen werden muss.
Es ist zwar möglich, Dockingstationen zum Aufladen des Akkus zu bauen, aber die Notwendigkeit, zurückzukehren und aufzuladen, könnte zeitkritische Missionen stören.
Das RIKEN-Team wollte eine praktischere Version schaffen, die nicht zu ihrem Handler oder einer Dockingstation zurückkehren muss, wenn ihr der Strom ausgeht.
Daher entwarfen sie eine On-Board-Solarzelle, die kontinuierlich dafür sorgen könnte, dass die Küchenschabe aufgeladen bleibt, während sie arbeitet.
Kakerlaken haben jedoch eine begrenzte verfügbare Oberfläche für alle Komponenten, die notwendig sind, um ihre Beine zu bewegen und sie mit Energie zu versorgen.
Die Lösung, die heute in npj Flexible Electronics veröffentlicht wurde, bestand darin, einen speziellen „Rucksack“ zu entwerfen, der sowohl das drahtlose Beinsteuerungsmodul als auch den wiederaufladbaren Lithium-Polymer-Akku ordentlich transportieren kann.
Diese wurde an der Oberseite des Insekts auf seinem Brustkorb befestigt und 3D-gedruckt, um perfekt an die gekrümmte Oberfläche der Madagaskar-Kakerlake oder zu passen Gromphadorhina portentosa.
Dadurch konnte dieses starre elektronische Gerät über einen Monat lang stabil am Insekt befestigt werden, während an anderer Stelle am Körper Platz gelassen wurde, um das Solarpanel zu implantieren.
Kakerlaken, die berühmt dafür sind, einen Atomkrieg zu überleben, waren in den letzten Jahren die Inspiration für eine Reihe von Technologien (Archivbild)
Der Rucksack wurde oben am Brustkorb des Insekts befestigt und 3D-gedruckt, um sich perfekt an die gekrümmte Oberfläche der Madagaskar-Kakerlake anzupassen
Das 0,004 mm dicke organische Solarzellenmodul wurde auf der dorsalen Seite des Abdomens der Schabe montiert. Die Forscher fanden jedoch heraus, dass sich der Bauch während der Bewegung der Schabe veränderte
Wenn es mit einer dicken Folie befestigt war, brauchte das Insekt daher doppelt so lange, um eine bestimmte Strecke zu gehen, und hatte Schwierigkeiten, sich auf dem Rücken aufzurichten
Das 0,004 mm dicke organische Solarzellenmodul wurde auf der dorsalen Seite des Abdomens der Schabe montiert.
Die Forscher fanden jedoch heraus, dass sich der Bauch während der Bewegung der Schabe veränderte.
Wenn es mit einer dicken Folie ausgestattet war, brauchte das Insekt doppelt so lange, um eine bestimmte Strecke zu gehen, und hatte Schwierigkeiten, sich auf dem Rücken aufzurichten.
Um dies zu lösen, fügten die Forscher klebende und nicht klebende Abschnitte auf die Folie ein, wodurch sie sich während der Bauchbeugung nach außen biegen konnte, aber auch befestigt blieb.
Sie ist auch weniger als 0,005 mm dick, was sich als obere Grenze der Filmdicke herausstellte, die die Grundbewegungen der Insekten nicht beeinträchtigt.
Die Forscher stellten fest, dass dieser Bauch seine Form veränderte, während sich die Kakerlake bewegte, sodass die Solarzelle dies berücksichtigen musste oder riskierte, ihre Bewegung einzuschränken. Anstatt den Solarzellenfilm gleichmäßig anzubringen, haben sie daher haftende und nicht haftende Abschnitte auf den Filmen verschachtelt
Die Wissenschaftler testeten die Fähigkeit der Kakerlake, die Energie ihrer Solarzelle zu nutzen. Nachdem sie es eine halbe Stunde lang aufgeladen hatten, legten sie ein Stimulationssignal an, um das Insekt nach rechts zu drehen, was erfolgreich war. Gestrichelte blaue und durchgezogene rote Linien stellen den Zeitpunkt des Stimulussignals aus bzw. ein dar. Maßstabsleiste ist 10 cm
Nachdem der Rucksack und die Solarzellenfolie in die sechs Zentimeter großen Kakerlaken integriert waren, wurden die Cyborgs getestet.
Der 17,2-mW-Akku wurde 30 Minuten lang mit Pseudo-Sonnenlicht aufgeladen, und die Tiere wurden mit der drahtlosen Fernbedienung dazu gebracht, sich nach links und rechts zu drehen.
“In Anbetracht der Verformung des Brustkorbs und des Abdomens während der grundlegenden Fortbewegung scheint ein hybrides elektronisches System aus starren und flexiblen Elementen im Brustkorb und ultraweichen Geräten im Abdomen ein effektives Design für Cyborg-Kakerlaken zu sein”, sagte Fukuda.
“Da die Bauchverformung nicht nur bei Kakerlaken auftritt, kann unsere Strategie außerdem auf andere Insekten wie Käfer oder in Zukunft vielleicht sogar auf fliegende Insekten wie Zikaden angepasst werden.”
WIE KÖNNTEN CYBORG-KAKERLAKEN IN KATASTROPHENGEBIETEN HELFEN?
Im November 2014 statteten Forscher der North Carolina State University Kakerlaken mit elektrischen Rucksäcken aus, die mit winzigen Mikrofonen ausgestattet waren, die schwache Geräusche erkennen konnten.
Die Idee ist, dass Cyborg-Kakerlaken oder „Biobots“ beispielsweise in zerstörte Gebäude eindringen könnten, die von Erdbeben heimgesucht wurden, und Rettungskräften helfen könnten, Überlebende zu finden.
“In einem eingestürzten Gebäude ist Schall der beste Weg, um Überlebende zu finden”, sagte Alper Bozkurt, Assistenzprofessor für Elektro- und Computertechnik an der North Carolina State University.
Forscher der North Carolina State University haben eine Technologie entwickelt, die es Kakerlaken (im Bild) ermöglicht, Geräusche mit kleinen Mikrofonen aufzunehmen und die Geräuschquelle zu suchen. Sie könnten in Notsituationen eingesetzt werden, um Überlebende zu erkennen
„Das Ziel ist es, die Biobots mit hochauflösenden Mikrofonen zu verwenden, um zwischen wichtigen Geräuschen – wie Menschen, die um Hilfe rufen – und unwichtigen Geräuschen – wie einem undichten Rohr – zu unterscheiden.
“Sobald wir Geräusche identifiziert haben, die von Bedeutung sind, können wir die mit Mikrofonarrays ausgestatteten Biobots verwenden, um festzustellen, woher diese Geräusche kommen.”
Die „Rucksäcke“ steuern die Bewegungen der Robo-Roach, weil sie mit den Cerci des Insekts verbunden sind – Sinnesorgane, die Kakerlaken normalerweise benutzen, um zu fühlen, wenn ihr Bauch etwas berührt.
Durch elektrische Stimulation der Cerci können Kakerlaken dazu veranlasst werden, sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen.
Tatsächlich wurden sie darauf programmiert, Geräusche zu suchen.
Eine Art „Rucksack“ ist mit einer Reihe von drei Richtmikrofonen ausgestattet, um die Richtung des Schalls zu erkennen und den Biobot in die richtige Richtung zu lenken.
Ein anderer Typ ist mit einem einzigen Mikrofon ausgestattet, um Schall aus jeder Richtung aufzunehmen, der drahtlos übertragen werden kann, vielleicht in Zukunft an Rettungskräfte.
Sie haben in Labortests „gut funktioniert“, und die Experten haben eine Technologie entwickelt, die als „unsichtbarer Zaun“ verwendet werden kann, um die Biobots in einem bestimmten Gebiet wie einem Katastrophengebiet zu halten, gaben die Forscher auf der IEEE Sensors 2014-Konferenz in Valencia bekannt. Spanien.