超ソフトな有機太陽電池を搭載したサイボーグ昆虫

最近のエレクトロニクスの進歩は、機械と生物の統合に大きな影響を与えてきました。 特に、サイボーグ、より具体的にはサイボーグ昆虫に言及し、都市環境での捜索や救助などの活動にますます提案されています。 この目的のために、 彼らの身体に取り付けられたエネルギーハーベスティングデバイスは不可欠です 必要なアクティビティと機能の範囲を拡大します。

この目標を達成するために、日本の理研研究所が率いるアジアの科学者グループは、 半分ゴキブリ、半分ロボットのサイボーグ。 太陽光発電とワイヤレスリモコンの便利さ.

太陽電池がサイボーグ昆虫に電力を供給する理由

生物と統合できる新しい技術コンポーネントにより、より強力なパワーデバイスの需要が高まっています。 遠隔操作ロボットのバッテリー容量と重量の制限は、充電戦略を使用して克服できます。

あるいは、ロボットに搭載されたエネルギーハーベスティングデバイスは、その活動範囲を広げることができます. 有望な例は、昆虫の体自体からエネルギーを生成するバイオ燃料電池です。 今日まで、酵素バイオ燃料電池で達成された最高出力値は 333 µW です。

しかし、この値は、数ミリワット以上の値を必要とするワイヤレス移動制御などの高度な機能には十分ではありません。 太陽電池は、1 cm あたり 10 mW の電力を生成できます。2 屋外の日当たりの良い条件で。 屋外条件でこのテクノロジーを使用すると、最高の価値が得られます。

図1

ただし、これらの結果を得るには、大規模な太陽電池の設計と統合戦略の採用が必要です。 昆虫は機能する力を与えられている間、基本的な行動スキルを保持しなければならないからです. 超軟質太陽電池で構成されたモジュールのおかげで、研究者は、移動能力に支障のないサイボーグ昆虫を作成しました.

昆虫の腹部に接着剤および非接着剤の相互接続構造を備えた超薄型電子フィルムの組み合わせにより、昆虫は回復することができました。 とすべて さまざまな試行で80%以上の成功率と、太陽電池によって提供される17.2 mWの出力電力.

サイボーグ昆虫の構造と動き

科学者たちはこの研究にマダガスカルのゴキブリを使用し、昆虫の背部に電子部品を取り付けました。 バックパックのおかげで、胸の曲線に適応するために特別に3Dで印刷されましたバッテリーと回路が昆虫の場所に見つかりました。 腹部の一部は、厚さ4μmの有機太陽電池に触れています。

サイボーグ昆虫を制御するために、研究者は胸部のワイヤレス モーション コントロール モジュールを回路に接続しました。 (図 1 b)。 後者は、腹部の後部にある付属物ですらあります。 電気刺激が特定の付属肢に適用されると、昆虫は正しい方向に回転します。 これは、Bluetooth ワイヤレス技術を介してモーション コントロール信号を送信する外部サーバーです。

超薄膜によるサイボーグ蟲の動き

腹部の断面観察により、腹部の各セグメントが変形中に部分的に重なり合っていることが明らかになりました。 各セグメントのストロークは 2.5 mm に達することがあります。 私は解決策として、 研究者は、極薄ポリマー フィルムと接着剤および非接着剤相互接続構造を組み合わせた技術を使用しました。. これらすべてにより、腹部が屈曲することができます (図 2a)。

サイボーグ昆虫
図 2

フィルムは中空構造となっており、重なっていない部分のみに選択的に接着します。 この接着剤と非接着剤の相互接続構造により、腹部の動きに合わせてフィルムを上方に折りたたむことができます。 (図 2 a)。

薄膜付着戦略の有効性は、2 つの方法で定量化されました。 最初に、障害を克服するのにかかった時間を測定し、3 μm フィルムを適用すると優れた結果が得られます。 2 番目のツールは、昆虫 (図 2e、f) の反転位置 (地面) から「自己調整」の成功率を測定しました。 この実験では、さまざまな厚さと弾性率の薄膜が異なる結果をもたらしました。 重要なことに、結果は、十分に薄いフィルムと相互接続構造の組み合わせが最適であることを確認しました。 (4μm太陽電池で100%成功).

今後の展開の可能性

のグループ 研究者、福田健次郎率いる、センサーとカメラの統合の次の目標があります。 また、サイボーグの使用を他の昆虫の監視および救助用途に拡大したいという要望もあります。 実際、彼が言ったように:

(…) 腹部の奇形はゴキブリに固有のものではないため、私たちの戦略は、カブトムシなどの他の昆虫や、セミなどの飛ぶ昆虫にも適応できる可能性があります。

福田健次郎

Kitamura Yori

「コミュニケーター志望。認定トラブルメーカー。食中毒。ベーコン愛好家。」

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