打不死的⼩强变身“半机械蟑螂”?请允许我尊称⼀声强哥

来源: 学术头条

发布日期: 2022-09-25 14:59:47

⽇本理化学研究所的研究团队设计了⼀种可以制造遥控半机械蟑螂的系统,该系统配备了⼀个可由太阳能充电的微型⽆线控制模块,可实现⾃供电,⽽且超薄的电⼦设备和柔性材料可以使半机械蟑螂⾃由移动。研究团队认为,半机械蟑螂的问世,或将使半机械昆⾍应⽤在现实⽣活中成为可能。

蟑螂,也就是⼈们常说的“⼩强”,是⼀种⼈⼈恨得咬⽛、欲除之⽽后快的奇特⽣物。蟑螂有着极强的⽣命⼒和繁殖⼒,已经有数亿年的演化历史,在⼈类⽆数“拖孩”的打击下,依然能够顽强地⽣存下来。

按照现代的⽣物分类学,地球上约有4000多种蟑螂,其中仅有数⼗种会⼊侵⼈类家居,有数种会被⼈类当作宠物饲养,绝⼤部分品种只能出现在野外⼭涧树林或昆⾍博物馆。

在最常⻅的家栖蟑螂中,美洲蟑螂(Periplaneta americana)、澳洲蟑螂(Periplaneta australasiae)及短翅的斑蠊(Neostylopyga rhombifolia)体型较⼤,体⻓约为2-4厘⽶;德国⼩蠊(Blattella germanica)、⽇本姬蠊(Blattella bisignata)及亚洲姬蠊(Blattella asahinai)体型则较⼩,体⻓约为1-2厘⽶。

⼀般情况下,热带地区的蟑螂⽐较⼤,身⻓可达10厘⽶,⽐如东⽅蜚蠊(Blatta orientalis)。

但是,⼩⼩的蟑螂,也有⼤⽤,⽐如被部署在搜索和救援任务中,或者调查⽐较危险的地⽅。⼀直以来,远程控制与⻓时间续航的需求⼀直是尚未解决的问题。如今,这⼀想法或许即将成为现实。近⽇,⽇本理化学研究所(RIKEN)开创性研究集群(Cluster for pioneer Research,CPR)的研究团队及其合作者,就设计了⼀种可以制造遥控半机械蟑螂的系统。

该系统配备了⼀个可由太阳能充电的微型⽆线控制模块,可实现⾃供电,⽽且超薄的电⼦设备和柔性材料可以使半机械蟑螂⾃由移动。研究团队认为,半机械蟑螂的问世,或将使半机械昆⾍应⽤在现实⽣活中成为可能。

相关研究以“Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility”为题,已发表在科学期刊npj Flexible Electronics上。

⼀直以来,半机械昆⾍被认为可以⽤于监测危险地区或周边环境,但要让这⼀想法成为现实,就需要半机械昆⾍能够被远程控制很⻓时间。也就是说,操作⼈员可以⽆线控制半机械昆⾍的腿部,并利⽤太阳能为其⻓时间供电。但是,要实现以上功能却并不容易。为了将这些设备集成到蟑螂的有限表⾯积内,研究团队需要开发⼀种特殊的“背包”,⼀个超薄有机太阳能电池组件,以及⼀个保障半机械蟑螂⾃由运动的粘附系统。

在此次⼯作中,研究团队将⻓约6厘⽶的⻢达加斯加蟑螂(Madagascar cockroach)作为实验对象,并利⽤⼀个特别设计的蟑螂模型背包,将⽆线腿控制组件和锂聚合物电池连接到昆⾍胸部的顶部。这个背包是⽤⼀种弹性聚合物3D打印出来的,完全符合蟑螂的“身型”,可以在蟑螂胸部固定⼀个多⽉。

另外,超薄的有机太阳能电池组件仅有0.004毫⽶厚,被安装在蟑螂的腹部背侧,其输出功率为17.2毫瓦,⽐⽬前最先进的昆⾍能量收集设备的输出功率⼤50倍以上。

超薄、柔性的有机太阳能电池,以及它的附着⽅式,就可以确保半机械蟑螂⻓时间⾃由⾏动。在仔细检查了蟑螂的⾃然运动后,研究团队发现,蟑螂的腹部会改变形状,部分外⻣骼会交叠。

为了适应这种情况,他们使⽤了有粘性和⽆粘性的材料,使得太阳能电池既可以弯曲,⼜可以保持附着。当测试更厚的太阳能电池薄膜时,或者当薄膜均匀地贴在蟑螂腹部上时,蟑螂跑同样的距离需要两倍的时间,⽽且很难翻身,这就有可能导致它们在搜索和救援任务中失败。

在论⽂的最后,研究团队也表示,“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,甚⾄未来可能会⽤在像蝉这样的⻜⾏昆⾍上。”看到这⾥,要不要收起你的“拖孩”。

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