นักวิจัยได้ออกแบบระบบสำหรับสร้างแมลงสาบไซบอร์กที่ควบคุมจากระยะไกล พร้อมกับโมดูลควบคุมไร้สายขนาดเล็กที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งติดอยู่กับเซลล์แสงอาทิตย์ แม้จะมีอุปกรณ์เชิงกล แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางเฉียบและวัสดุที่ยืดหยุ่นได้ช่วยให้แมลงเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ความสำเร็จเหล่านี้จะช่วยทำให้การใช้แมลงหุ่นยนต์เป็นจริง ทีมนานาชาติที่นำโดยนักวิจัยจาก RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) ได้รายงานผลในวันนี้ (5 กันยายน 2022) ในวารสารทางวิทยาศาสตร์npj Flexible Electronics

นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามออกแบบแมลงหุ่นยนต์—ส่วนหนึ่งของแมลง, เครื่องจักร—เพื่อช่วยตรวจสอบพื้นที่อันตรายและติดตามสภาพแวดล้อม อย่างไรก็ตาม เพื่อให้แมลงหุ่นยนต์ใช้งานได้จริง ผู้ควบคุมต้องสามารถควบคุมแมลงจากระยะไกลได้เป็นเวลานาน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการควบคุมส่วนขาแบบไร้สายโดยใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ขนาดเล็ก

การชาร์จแบตเตอรีให้เพียงพอถือเป็นสิ่งสำคัญ ไม่มีใครอยากให้แมลงสาบไซบอร์กบินวนไปมา ในขณะที่สามารถสร้างแท่นชาร์จสำหรับชาร์จแบตเตอรี่ได้ ความจำเป็นในการส่งคืนและชาร์จใหม่อาจขัดขวางภารกิจที่ต้องคำนึงถึงเวลา ดังนั้น แนวทางที่เหมาะสมที่สุดคือการรวมโซลาร์เซลล์บนเครื่องบินที่สามารถมั่นใจได้ว่าแบตเตอรี่จะชาร์จอย่างต่อเนื่อง

แน่นอนว่าทั้งหมดนี้พูดง่ายกว่าทำ เพื่อให้ประสบความสำเร็จในการรวมอุปกรณ์เหล่านี้เข้ากับแมลงสาบที่มีพื้นที่ผิวจำกัด ทีมวิศวกรต้องพัฒนากระเป๋าเป้สะพายหลังแบบพิเศษและโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์บางเฉียบ พวกเขายังต้องการระบบการยึดเกาะที่ยึดเครื่องจักรไว้เป็นเวลานานในขณะที่ยังคงให้การเคลื่อนไหวตามธรรมชาติ

https://youtu.be/7hx9UX6S8hE?t=35

นำโดย Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR ทีมวิจัยได้ทดลองแมลงสาบมาดากัสการ์ซึ่งมีความยาวประมาณ 6 ซม. (2.4 นิ้ว) พวกเขาติดโมดูลควบคุมขาแบบไร้สายและแบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์เข้ากับส่วนบนของแมลงบริเวณทรวงอกโดยใช้กระเป๋าเป้ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ สิ่งนี้ถูกจำลองตามร่างของแมลงสาบจำลองและพิมพ์ 3 มิติด้วยโพลีเมอร์ยืดหยุ่น ผลลัพธ์ที่ได้คือกระเป๋าเป้ที่ปรับให้เข้ากับพื้นผิวโค้งของแมลงสาบได้อย่างสมบูรณ์แบบ ซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทรวงอกได้อย่างมั่นคงบนทรวงอกเป็นเวลานานกว่าหนึ่งเดือน

โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิกหนาพิเศษ 0.004 มม. ติดตั้งอยู่ที่ด้านหลังของช่องท้อง Fukuda กล่าวว่า “โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิกแบบบางพิเศษที่ติดตั้งบนตัวเครื่องให้กำลังไฟฟ้า 17.2 mW ซึ่งมากกว่าพลังงานที่ส่งออกจากอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานล้ำสมัยในปัจจุบันถึง 50 เท่า” Fukuda กล่าว

เซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิกที่บางเฉียบและยืดหยุ่นได้ และวิธีการติดเข้ากับตัวแมลง ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงอิสระในการเคลื่อนไหว หลังจากตรวจสอบการเคลื่อนไหวของแมลงสาบตามธรรมชาติอย่างละเอียดถี่ถ้วนแล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็ตระหนักว่าหน้าท้องเปลี่ยนรูปร่างและส่วนต่าง ๆ ของโครงกระดูกภายนอกทับซ้อนกัน เพื่อรองรับสิ่งนี้ พวกเขาสอดส่วนที่เป็นกาวและไม่ยึดติดเข้ากับฟิล์ม ซึ่งทำให้งอได้ แต่ยังติดอยู่ เมื่อทดสอบฟิล์มเซลล์แสงอาทิตย์ที่หนาขึ้น หรือเมื่อติดฟิล์มสม่ำเสมอ แมลงสาบใช้เวลานานเป็นสองเท่าในระยะทางเดียวกัน พวกเขายังมีปัญหาในการปรับตัวเองเมื่ออยู่บนหลังของพวกเขา

เมื่อส่วนประกอบเหล่านี้ถูกรวมเข้ากับแมลงสาบ พร้อมด้วยสายไฟที่กระตุ้นส่วนขา ไซบอร์กตัวใหม่ก็ได้รับการทดสอบ แบตเตอรี่ถูกชาร์จด้วยแสงแดดเทียมเป็นเวลา 30 นาที และสัตว์ต่างๆ ถูกทำให้เลี้ยวซ้ายและขวาโดยใช้รีโมทคอนโทรลไร้สาย

Fukuda กล่าวว่า “เมื่อพิจารณาถึงการเสียรูปของทรวงอกและช่องท้องระหว่างการเคลื่อนไหวขั้นพื้นฐาน ระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบไฮบริดขององค์ประกอบที่แข็งและยืดหยุ่นในทรวงอกและอุปกรณ์อัลตร้าซอฟต์ในช่องท้องดูเหมือนจะเป็นการออกแบบที่มีประสิทธิภาพสำหรับแมลงสาบไซบอร์ก” “ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากความผิดปกติของช่องท้องนั้นไม่ได้มีลักษณะเฉพาะของแมลงสาบ กลยุทธ์ของเราจึงสามารถปรับให้เข้ากับแมลงอื่นๆ เช่น แมลงปีกแข็ง หรือแม้แต่แมลงบินอย่างจักจั่นได้ในอนาคต”