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用太阳能电池遥控器武装活蟑螂

导读 由RIKEN先锋研究集群(CPR)的研究人员领导的一个国际团队设计了一个用于制造遥控半机械人蟑螂的系统,该系统配备了一个微小的无线控制模块,

由RIKEN先锋研究集群(CPR)的研究人员领导的一个国际团队设计了一个用于制造遥控半机械人蟑螂的系统,该系统配备了一个微小的无线控制模块,该模块由连接到太阳能电池的可充电电池供电。

尽管有机械设备,但超薄的电子设备和柔性材料使昆虫能够自由移动。这些成就于9月5日发表在科学杂志npj柔性电子学上,将有助于使半机械人昆虫的使用成为现实。

研究人员一直在尝试设计半机械人昆虫 - 部分昆虫,部分机器 - 以帮助检查危险区域或监测环境。

然而,为了使半机械人昆虫的使用切实可行,处理者必须能够长时间远程控制它们。这需要无线控制他们的腿部,由一个微小的可充电电池供电。保持电池充满电是根本 - 没有人希望一个突然失控的半机械人蟑螂团队四处游荡。虽然可以建造用于充电的扩展坞,但返回和充电的需求可能会破坏时间敏感的任务。因此,最好的解决方案是包括一个板载太阳能电池,可以连续确保电池保持充电状态。

所有这些都说起来容易做起来难。为了成功地将这些设备集成到表面积有限的蟑螂中,研究小组需要开发一种特殊的背包,超薄有机太阳能电池组件和粘合系统,该系统可以长时间保持机械连接,同时允许自然运动。

在RIKEN CPR福田健次郎的带领下,该团队对长约6厘米的马达加斯加蟑螂进行了实验。他们使用专门设计的背包将无线腿部控制模块和锂聚合物电池连接到胸部昆虫的顶部,该背包以模型蟑螂的身体为模型。背包是用弹性聚合物3D打印的,与蟑螂的弯曲表面完美贴合,使刚性电子设备能够稳定地安装在胸部一个多月。

超薄0.004毫米厚的有机太阳能电池组件安装在腹部的背侧。“安装在人体上的超薄有机太阳能电池组件实现了17.2 mW的功率输出,比目前最先进的生物能量收集装置的功率输出大50倍以上,”Fukuda说。

超薄和灵活的有机太阳能电池,以及它如何附着在昆虫上,被证明是确保运动自由所必需的。在仔细检查了自然的蟑螂运动后,研究人员意识到腹部会改变形状,并且外骨骼的部分重叠。为了适应这种情况,他们将粘合剂和非粘合剂部分交错在薄膜上,这使它们能够弯曲并保持附着。当测试较厚的太阳能电池薄膜时,或者当薄膜均匀附着时,蟑螂需要两倍的时间才能跑出相同的距离,并且在背上时很难纠正自己。

一旦这些组件被集成到蟑螂中,以及刺激腿部的电线,新的半机械人就被测试了。电池被伪阳光充电30分钟,并使用无线遥控器使动物左转和右转。

“考虑到胸部和腹部在基本运动过程中的变形,胸部刚性和柔性元件以及腹部超软装置的混合电子系统似乎是半机械人蟑螂的有效设计,”Fukuda说。“此外,由于腹部变形不是蟑螂独有的,我们的策略可以适应甲虫等其他昆虫,甚至可能在未来适应蝉等飞行昆虫。

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