ติดอาวุธให้แมลงสาบเป็นๆ ด้วยโซลาร์เซลล์ รีโมทคอนโทรล

ทีมงานระดับนานาชาติที่นำโดยนักวิจัยจาก RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) ได้ออกแบบระบบสำหรับการสร้างแมลงสาบไซบอร์กที่ควบคุมจากระยะไกล พร้อมกับโมดูลควบคุมไร้สายขนาดเล็กที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งติดอยู่กับเซลล์แสงอาทิตย์

5 กันยายน 2565 ริเคน

แม้จะมีอุปกรณ์ช่าง แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางเฉียบและวัสดุที่ยืดหยุ่นช่วยให้แมลงเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ความสำเร็จเหล่านี้ซึ่งรายงานในวารสารวิทยาศาสตร์ npj Flexible Electronics เมื่อวันที่ 5 กันยายน จะช่วยให้การใช้แมลงไซบอร์กกลายเป็นความจริง

นักวิจัยได้พยายามออกแบบแมลงหุ่นยนต์—ส่วนหนึ่งของแมลง, เครื่องจักร—เพื่อช่วยตรวจสอบพื้นที่อันตรายหรือตรวจสอบสภาพแวดล้อม

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้แมลงหุ่นยนต์ใช้งานได้จริง ผู้ควบคุมต้องสามารถควบคุมแมลงจากระยะไกลได้เป็นเวลานาน ต้องใช้การควบคุมส่วนขาแบบไร้สายโดยใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟขนาดเล็กได้ การชาร์จแบตเตอรีให้เพียงพอเป็นพื้นฐาน ไม่มีใครอยากให้ทีมแมลงสาบหุ่นยนต์อยู่นอกการควบคุมโดยกะทันหัน แม้ว่าจะสามารถสร้างแท่นชาร์จสำหรับชาร์จแบตเตอรี่ได้ แต่ความจำเป็นในการส่งคืนและชาร์จใหม่อาจขัดขวางภารกิจที่ต้องคำนึงถึงเวลา ดังนั้น ทางออกที่ดีที่สุดคือการรวมโซลาร์เซลล์ในตัวที่สามารถมั่นใจได้ว่าแบตเตอรี่จะชาร์จอย่างต่อเนื่อง

ทั้งหมดนี้พูดง่ายกว่าทำ ในการผสานรวมอุปกรณ์เหล่านี้เข้ากับแมลงสาบที่มีพื้นที่ผิวจำกัดได้สำเร็จ ทีมวิจัยต้องพัฒนากระเป๋าเป้สะพายหลังแบบพิเศษ โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิกบางเฉียบ และระบบการยึดเกาะที่ยึดเครื่องจักรไว้เป็นเวลานานในขณะที่ยังให้การเคลื่อนไหวตามธรรมชาติ

นำโดย Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR ทีมทดลองแมลงสาบมาดากัสการ์ซึ่งมีความยาวประมาณ 6 ซม. พวกเขาติดโมดูลควบคุมขาแบบไร้สายและแบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์ไว้ที่ส่วนบนของแมลงบริเวณทรวงอกโดยใช้กระเป๋าเป้ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ซึ่งจำลองตามร่างของแมลงสาบจำลอง กระเป๋าเป้ถูกพิมพ์ 3 มิติด้วยโพลีเมอร์ยืดหยุ่นและปรับให้เข้ากับพื้นผิวโค้งของแมลงสาบได้อย่างสมบูรณ์แบบ ทำให้สามารถติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่แข็งแรงบริเวณทรวงอกได้อย่างมั่นคงนานกว่าหนึ่งเดือน

โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิกหนาพิเศษ 0.004 มม. ติดตั้งอยู่ที่ด้านหลังของช่องท้อง “โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิกแบบบางพิเศษที่ติดตั้งบนร่างกายให้กำลังไฟฟ้า 17.2 mW ซึ่งมากกว่าพลังงานที่ส่งออกของอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานล้ำสมัยในปัจจุบันของแมลงที่มีชีวิตถึง 50 เท่า” อ้างอิงจาก Fukuda

เซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิกที่บางเฉียบและยืดหยุ่นได้ และวิธีการติดเข้ากับตัวแมลง ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงอิสระในการเคลื่อนไหว หลังจากตรวจสอบการเคลื่อนไหวของแมลงสาบตามธรรมชาติอย่างละเอียดถี่ถ้วนแล้ว นักวิจัยพบว่าหน้าท้องเปลี่ยนรูปร่างและบางส่วนของโครงกระดูกภายนอกทับซ้อนกัน เพื่อรองรับสิ่งนี้ พวกเขาสอดส่วนที่เป็นกาวและไม่ยึดติดเข้ากับฟิล์ม ซึ่งทำให้งอได้ แต่ยังติดอยู่ เมื่อทดสอบฟิล์มเซลล์แสงอาทิตย์ที่หนาขึ้น หรือเมื่อติดฟิล์มสม่ำเสมอ แมลงสาบใช้เวลานานเป็นสองเท่าในระยะทางเดียวกัน และมีปัญหาในการปรับตัวเองเมื่ออยู่ด้านหลัง

เมื่อส่วนประกอบเหล่านี้ถูกรวมเข้ากับแมลงสาบ พร้อมด้วยสายไฟที่กระตุ้นส่วนขา ไซบอร์กตัวใหม่ก็ได้รับการทดสอบ แบตเตอรี่ถูกชาร์จด้วยแสงแดดเทียมเป็นเวลา 30 นาที และสัตว์ต่างๆ ถูกทำให้เลี้ยวซ้ายและขวาโดยใช้รีโมทคอนโทรลไร้สาย

“เมื่อพิจารณาถึงการเสียรูปของทรวงอกและหน้าท้องระหว่างการเคลื่อนไหวขั้นพื้นฐาน ระบบอิเล็กทรอนิกส์ไฮบริดขององค์ประกอบที่แข็งและยืดหยุ่นในทรวงอกและอุปกรณ์อัลตร้าซอฟต์ในช่องท้องดูเหมือนจะเป็นการออกแบบที่มีประสิทธิภาพสำหรับแมลงสาบหุ่นยนต์” ฟุกุดะกล่าว “ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากความผิดปกติของช่องท้องนั้นไม่ได้มีลักษณะเฉพาะของแมลงสาบ กลยุทธ์ของเราจึงสามารถปรับให้เข้ากับแมลงอื่นๆ เช่น แมลงปีกแข็ง หรือแม้แต่แมลงบินอย่างจั๊กจั่นได้ในอนาคต”