电子驱蟑螂器「电蟑螂器」

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由理化学研究所先锋研究集群（CPR）的研究人员领导的一个国际团队已经设计了一个用于创建远程控制的机械蟑螂的系统，该系统配备了一个微小的无线控制模块，由连接到太阳能电池的可充电电池供电。尽管有机械装置，超薄的电子器件和柔性材料使昆虫能够自由移动。9月5日在科学杂志《npj柔性电子》上报道的这些成就，将有助于使半机械昆虫的使用成为实际的现实。

研究人员一直在尝试设计半机械昆虫—一部分是昆虫，一部分是机器--来帮助检查危险区域或监测环境。然而，为了使机械化昆虫的使用切实可行，处理者必须能够长期远程控制它们。这需要对它们的腿部部分进行无线控制，由一个微小的可充电电池供电。保持电池充足的电量是最基本的--没有人希望有一队突然失控的半机械蟑螂到处游荡。虽然有可能建立对接站为电池充电，但返回和充电的需要会扰乱时间敏感的任务。因此，最好的解决方案是包括一个机载太阳能电池，可以持续确保电池保持充电状态。

所有这些都是说起来容易做起来难。为了成功地将这些设备整合到表面积有限的蟑螂身上，研究小组需要开发一个特殊的背包，超薄的有机太阳能电池模块，以及一个粘附系统，以保持机械长时间的附着，同时也允许自然运动。

在RIKEN CPR的Kenjiro Fukuda领导下，该团队用马达加斯加蟑螂进行了实验，这些蟑螂大约有6厘米长。他们使用一个特别设计的背包将无线腿部控制模块和锂聚合物电池连接到昆虫胸部的顶部，该背包是以蟑螂模型的身体为模型。背包是用弹性聚合物3D打印的，与蟑螂的弧形表面完全吻合，使刚性的电子设备能够稳定地安装在胸部超过一个月的时间。

超薄的0.004毫米厚的有机太阳能电池模块被安装在腹部的背侧。"福田说："安装在身体上的超薄有机太阳能电池模块实现了17.2毫瓦的功率输出，这比目前最先进的活体昆虫能量采集装置的功率输出大50多倍。

事实证明，超薄和灵活的有机太阳能电池，以及它与昆虫的连接方式，对于确保运动自由是必要的。在仔细研究了蟑螂的自然运动后，研究人员意识到腹部会改变形状，外骨骼的部分会重叠。为了适应这种情况，他们在薄膜上交织了粘性和非粘性部分，这使它们能够弯曲，但也能保持连接。当测试更厚的太阳能电池薄膜时，或者当薄膜被均匀附着时，蟑螂花了两倍的时间来跑同样的距离，并且在仰卧时很难摆正自己的位置。

一旦这些部件被整合到蟑螂体内，再加上刺激腿部节段的电线，新的机械人就被测试了。用假太阳光给电池充电30分钟，用无线遥控器使动物左右转动。

"考虑到基本运动过程中胸部和腹部的变形，由胸部的刚性和柔性元件以及腹部的超软装置组成的混合电子系统似乎是机械蟑螂的有效设计，"福田说。"此外，由于腹部变形不是蟑螂所特有的，我们的策略可以适用于其他昆虫，如甲虫，甚至将来可能适用于像蝉这样的飞行昆虫。"