Ščurki-kiborgi, opremljeni z majhnim brezžičnim nadzornim modulom, ki ga napaja baterija, povezana s sončno celico, bi lahko pomagali pri pregledovanju nevarnih območij ali spremljanju okolja. Mednarodna skupina znanstvenikov pod vodstvom raziskovalcev iz grozda za pionirske raziskave RIKEN je predstavila sistem za izdelavo prav takšnih daljinsko vodenih žuželk.
Daljinsko vodene žuželke bi lahko nekega dne uporabljali v iskalnih in reševalnih misijah ali za raziskovanje nevarnih območij. Njihova majhnost omogoča uporabo povsod, kjer se ne more vtihotapiti nihče drug. Ti bi lahko spremenili številne vidike našega življenja, zato so raziskovalci iz mednarodne skupine, ki jo vodijo znanstveniki iz grozda RIKEN za pionirske raziskave (CPR), pravkar zasnovali celoten sistem za ustvarjanje daljinsko vodenih ščurkov-ciborogov.
Žuželke na daljinsko upravljanje
Že več let se ukvarjamo z možnostjo nadzora gibanja majhnih žuželk, kot so ščurki. Glavna težava je vgradnja miniaturne računalniške opreme v biološko živčno tkivo žuželke. Izziv je tudi izdelava robotskih sistemov v tako majhnem obsegu. Precejšen dosežek na tem področju so dosegli raziskovalci z univerze v Connecticutu, ki so pred nekaj leti razvili nevrokrmilnik, s katerim je mogoče lažje nadzorovati gibanje žuželk.
Žuželke na daljinsko vodenje bi se lahko uporabljale na veliko področjih. Lahko bi bili uporabni pri reševalnih ekipah, ki na primer na območju, ki ga je prizadel potres, iščejo žive ljudi. Raziskovali so lahko težko dostopna in nevarna območja. Poleg tega so ti insekti zanimivi za ameriško ministrstvo za obrambo.
Ščurki-ciborgi, ki so jih razvili znanstveniki RIKEN CPR, so opremljeni s posebnim nahrbtnikom, ki deluje kot brezžični nadzorni modul. Napaja se z baterijo, ki je povezana s sončno celico. Zaradi uporabe izjemno tankih in lahkih materialov se ščurki lahko prosto gibljejo po različnih vrstah terena.
Vendar pa mora biti uporaba takšnih žuželk praktična, če jih oskrbovalci lahko dalj časa nadzorujejo na daljavo. Za to je potreben brezžični nadzor segmentov noge, ki se napaja iz že omenjene majhne baterije. Ustrezno polnjenje baterije je bistvenega pomena – nihče si ne želi, da bi se naokoli sprehajala vojska kiborg ščurkov z izgubljenim nadzorom. Čeprav je mogoče zgraditi priklopne postaje za polnjenje baterije, bi lahko potreba po vrnitvi in polnjenju baterije prekinila misijo. Zato so se znanstveniki odločili za uporabo sončnih celic.
Ščurki-ciborgi
Da bi naprave lažje vgradili v ščurka, je morala raziskovalna skupina razviti poseben nahrbtnik – zelo tanke module organskih sončnih celic in lepilni sistem, ki naprave dlje časa ohranja na mestu, žuželki pa omogoča naravno gibanje.
Ekipa, ki jo je vodil Kenjiro Fukuda z RIKEN CPR, je poskusila z madagaskarskimi ščurki, ki so dolgi približno 6 cm. S posebej zasnovanim nahrbtnikom, ki je bil izdelan po vzoru telesa ščurka, so na vrh žuželke pritrdili modul za brezžično upravljanje nog in litij-polimersko baterijo. Ta modul raziskovalcem omogoča, da na daljavo nadzorujejo gibanje žuželke. To doseže z električno stimulacijo, s katero nadzoruje gibanje in žuželko prisili, da se obrne. Nahrbtnik je bil natisnjen iz prožnega polimera in se je popolnoma prilegal ukrivljeni površini ščurka, tako da je bila toga elektronska naprava stabilno pritrjena več kot mesec dni.
Sam modul sončnih celic je debel le 0,004 mm in je bil nameščen na hrbet ščurka. – Ultratanek modul organskih sončnih celic, nameščen na telo, doseže izhodno moč 17,2 mW, kar je več kot 50-krat več od trenutnih naprav za zbiranje energije na živih žuželkah, pravi Fukuda.
Izjemno tanka in prožna organska sončna celica ter način, kako je bila pritrjena na žuželko, sta se izkazala za bistvena za svobodo gibanja. Po natančnem preučevanju naravnega gibanja ščurkov so raziskovalci ugotovili, da se deli eksoskeleta med gibanjem prekrivajo. Zato so morali zasnovo nahrbtnika prilagoditi spreminjajoči se obliki žuželke, da bi zagotovili prosto gibanje.
Testi
Ko so bili ti sestavni deli skupaj z žicami, ki stimulirajo segmente nog, vgrajeni v ščurke, je bil čas za testiranje. S pomočjo brezžičnega daljinskega upravljalnika so se ščurki učinkovito premikali in obračali levo in desno.
Vse to je bilo mogoče zaradi majhne velikosti in teže uporabljene elektronike. Med testiranjem so raziskovalci ugotovili, da so se ščurki z novo razvitimi nahrbtniki gibali dvakrat hitreje kot s težjimi ali slabo prilegajočimi se nahrbtniki.
– „Glede na deformacijo telesa med gibanjem se zdi, da je hibridni elektronski sistem togih in prožnih elementov učinkovita zasnova za ščurke,” pravi Fukuda. – Poleg tega bi lahko našo strategijo prilagodili tudi drugim žuželkam, kot so hrošči, in morda celo letečim žuželkam, kot so cikade, dodaja.