Un equipo internacional de investigadores ha diseñado un sistema para crear cucarachas robóticas controladas a distancia, equipado con un pequeño módulo de control inalámbrico que funciona con una batería recargable conectada a una celda solar. A pesar de los dispositivos mecánicos, la electrónica ultrafina y los materiales flexibles permiten que los insectos se muevan libremente. Según sus creadores, estos logros ayudarán a que el uso de insectos ciborg sea una realidad práctica.
En un trabajo publicado este lunes en la revista científica npj Flexible Electronics, los investigadores del RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) detallan cómo han estado tratando de diseñar insectos ciborg, en parte insectos, en parte máquinas, para ayudar a inspeccionar áreas peligrosas o monitorear el medio ambiente.
Sin embargo, para que el uso de insectos ciborg sea práctico, los manipuladores deben poder controlarlos de forma remota durante largos períodos de tiempo. Esto requiere el control inalámbrico de los segmentos de sus piernas, alimentado por una pequeña batería recargable.
La clave: la batería
Mantener la batería adecuadamente cargada es fundamental: nadie quiere un equipo de cucarachas ciborg repentinamente fuera de control deambulando. Si bien es posible construir estaciones de acoplamiento para recargar la batería, la necesidad de regresar y recargar podría interrumpir las misiones sensibles al tiempo. Por lo tanto, la mejor solución es incluir una celda solar a bordo que pueda garantizar continuamente que la batería permanezca cargada.
Todo esto es más fácil decirlo que hacerlo. Para integrar con éxito estos dispositivos en una cucaracha que tiene un área de superficie limitada, se requirió que el equipo de investigación desarrollara una mochila especial, módulos de células solares orgánicas ultrafinas y un sistema de adhesión que mantiene la maquinaria unida durante largos períodos de tiempo y al mismo tiempo permite movimientos naturales.
Cucarachas de Madagascar
Dirigido por Kenjiro Fukuda, el equipo experimentó con cucarachas de Madagascar, que miden aproximadamente 6 cm de largo. Conectaron el módulo inalámbrico de control de piernas y la batería de polímero de litio a la parte superior del insecto en el tórax usando una mochila especialmente diseñada, que se inspiró en el cuerpo de una cucaracha modelo.
La mochila se imprimió en 3D con un polímero elástico y se adaptó perfectamente a la superficie curva de la cucaracha, lo que permitió que el dispositivo electrónico rígido se montara de manera estable en el tórax durante más de un mes.
El equipo experimentó con cucarachas de Madagascar, que miden aproximadamente 6 cm de largo
El módulo de células solares orgánicas ultradelgadas de 0,004 mm de espesor se montó en el lado dorsal del abdomen. “El módulo de células solares orgánicas ultrafinas montado en el cuerpo logra una potencia de salida de 17,2 mW, que es más de 50 veces mayor que la potencia de salida de los dispositivos actuales de recolección de energía de última generación en insectos vivos”, según Fukuda.
La célula solar orgánica ultrafina y flexible, y cómo se unía al insecto, resultó necesaria para garantizar la libertad de movimiento. Después de examinar cuidadosamente los movimientos naturales de las cucarachas, los investigadores se dieron cuenta de que el abdomen cambia de forma y partes del exoesqueleto se superponen.
Para adaptarse a esto, intercalaron secciones adhesivas y no adhesivas en las películas, lo que les permitió doblarse pero también permanecer adheridas. Cuando se probaron películas de células solares más gruesas, o cuando las películas se adhirieron uniformemente, las cucarachas tardaron el doble en correr la misma distancia y tuvieron dificultades para enderezarse cuando estaban boca arriba.
Otros insectos en el futuro
Una vez integrados estos componentes en las cucarachas, junto con cables que estimulan los segmentos de las patas, se probaron los nuevos ciborgs. La batería se cargó con pseudo-luz solar durante 30 minutos y se hizo que los animales giraran a la izquierda y a la derecha usando el control remoto inalámbrico.
“Nuestra estrategia se puede adaptar a otros insectos como los escarabajos o las cigarras”
“Teniendo en cuenta la deformación del tórax y el abdomen durante la locomoción básica, un sistema electrónico híbrido de elementos rígidos y flexibles en el tórax y dispositivos ultrasuaves en el abdomen parece ser un diseño efectivo para las cucarachas ciborg”, dice Fukuda. "Además, dado que la deformación abdominal no es exclusiva de las cucarachas, nuestra estrategia se puede adaptar a otros insectos como los escarabajos, o quizás incluso a insectos voladores como las cigarras en el futuro".
Referencia: Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility (npj Flexible Electronics) DOI 10.1038/s41528-022-00207-2
