ENG: Researchers have been trying to design cyborg insects—part insect, part machine—to help inspect hazardous areas or monitor the environment. However, for the use of cyborg insects to be practical, handlers must be able to control them remotely for long periods of time. This requires wireless control of their leg segments, powered by a tiny rechargeable battery. Keeping the battery adequately charged is fundamental—nobody wants a suddenly out-of-control team of cyborg cockroaches roaming around. While it’s possible to build docking stations for recharging the battery, the need to return and recharge could disrupt time-sensitive missions. Therefore, the best solution is to include an on-board solar cell that can continuously ensure that the battery stays charged.

All of this is easier said than done. To successfully integrate these devices into a cockroach that has limited surface area required the research team to develop a special backpack, ultrathin organic solar cell modules, and an adhesion system that keeps the machinery attached for long periods of time while also allowing natural movements. Led by Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, the team experimented with Madagascar cockroaches, which are approximately 6 cm long. They attached the wireless leg-control module and lithium polymer battery to the top of the insect on the thorax using a specially designed backpack, which was modeled after the body of a model cockroach. The backpack was 3D printed with an elastic polymer and conformed perfectly to the curved surface of the cockroach, allowing the rigid electronic device to be stably mounted on the thorax for more than a month.

The ultrathin 0.004 mm thick organic solar cell module was mounted on the dorsal side of the abdomen. The ultrathin and flexible organic solar cell, and how it was attached to the insect, proved necessary to ensure freedom of movement. After carefully examining natural cockroach movements, the researchers realized that the abdomen changes shape and portions of the exoskeleton overlap. To accommodate this, they interleaved adhesive and non-adhesive sections onto the films, which allowed them to bend but also stay attached.

RO: Cercetătorii au încercat să proiecteze insecte cyborg – parțial insecte, parțial mașini – pentru a le folosi la inspectarea zonelor periculoase sau la monitorizarea mediului înconjurător. Cu toate acestea, pentru ca utilizarea insectelor cyborg să fie practică, cei care le manipulează trebuie să le poată controla de la distanță pentru perioade lungi de timp. Acest lucru necesită controlul fără fir al segmentelor picioarelor, alimentate de o baterie reîncărcabilă minusculă. Menținerea bateriei încărcate în mod adecvat este fundamentală – nimeni nu dorește ca o echipă de gândaci cyborg scăpată brusc de sub control să umble prin preajmă. Deși este posibil să se construiască stații de andocare pentru reîncărcarea bateriei, necesitatea de a reveni și de a reîncărca ar putea întrerupe misiunile sensibile la timp. Prin urmare, cea mai bună soluție este să se includă o celulă solară la bord care să asigure în permanență încărcarea bateriei.

Toate acestea sunt mai ușor de spus decât de făcut. Pentru a reuși să integreze cu succes aceste dispozitive într-un gândac care are o suprafață limitată, echipa de cercetare a trebuit să dezvolte un rucsac special, module de celule solare organice ultra-subțiri și un sistem de aderență care să mențină mașinăria atașată pentru perioade lungi de timp, permițând în același timp mișcări naturale. Condusă de Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, echipa a experimentat cu gândaci de Madagascar, care au o lungime de aproximativ 6 cm. Aceștia au atașat modulul wireless de control al picioarelor și bateria cu polimeri de litiu de partea superioară a insectei, pe torace, folosind un rucsac special conceput, care a fost modelat după corpul unui model de insectă. Rucsacul a fost imprimat 3D cu un polimer elastic și s-a adaptat perfect la suprafața curbată a gândacului, permițând dispozitivului electronic rigid să fie montat stabil pe torace timp de mai bine de o lună.

Modulul ultra-subțire de celule solare organice cu o grosime de 0,004 mm a fost montat pe partea dorsală a abdomenului. Celula solară organică ultra-subțire și flexibilă, precum și modul în care a fost atașată insectei, s-au dovedit a fi necesare pentru a asigura libertatea de mișcare. După ce au examinat cu atenție mișcările naturale ale gândacilor, cercetătorii și-au dat seama că abdomenul își schimbă forma și porțiuni ale exoscheletului se suprapun. Pentru a se adapta la acest lucru, ei au intercalat secțiuni adezive și neadezive pe pelicule, ceea ce le-a permis să se îndoaie, dar și să rămână atașate.

Source (RIKEN, “Robobug: a rechargeable, remote-controllable cyborg cockroach”, 06.09.2022)

Paper: Kakei, Y., Katayama, S., Lee, S., Takakuwa, M., Furusawa, K., Umezu, S., Sato, H., Fukuda, K. and Someya, T., 2022. Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility. npj Flexible Electronics, 6(1), pp.1-9.