سوسک های سایبورگی با قابلیت کنترل از راه دور و شارژ مجدد

گروهی از پژوهشگران چندین کشور، به سرپرستی گروه تحقیقاتی RIKEN، سیستمی ساخته‌اند که سوسک های سایبورگی را از راه دور کنترل می‌کند. این سیستم مجهز به یک ماژول کنترل‌گر وایرلس است که انرژی مورد نیازش را از طریق یک باتری قابل شارژ متصل به سلول خورشیدی فراهم می‌کند. علی‌رغم دستگاه‌های مکانیکی به‌کاررفته در این سیستم، اجزای الکترونیک بسیار باریک و مواد انعطاف‌پذیر آن به حشرات اجازه می‌دهند، تا آزادانه حرکت کنند. مقاله‌ پژوهشگران در ژورنال npj Flexible Electronics منتشر شده است.

پژوهشگران همواره سعی داشته‌اند، تا با طراحی حشرات سایبورگی به جست‌وجو در محیط‌های خطرناک و نظارت بر محیط ‌زیست کمک کنند. با این حال، کاربرد حشرات سایبورگی تا به امروز مستلزم حضور افرادی بوده است که طی بازه‌های زمانی طولانی، مسئولیت کنترل از راه دور را بر عهده بگیرند. طی این فرایند، سیستم کنترل‌گر پاهای حشرات که انرژی مورد نیازش را از طریق یک باتری کوچک قابل شارژ مجدد تأمین می‌کند، به صورت وایرلس کنترل می‌شود. نگه داشتن شارژ این باتری از اهمیت بالایی برخوردار است، چون در غیر این صورت، گروهی سوسک با تجهیزات الکترونیک بیهوده در محیط ‌زیست به راه می‌افتند. برای تأمین انرژی این سیستم می‌توان از ایستگاه‌های بارانداز (شارژ) استفاده کرد، اما رفت‌وآمد ربات‌ها بین این ایستگاه‌ها و محیط موردنظر می‌تواند روند مأموریت‌های حساس را مختل کند. به همین دلیل، بهترین راهکار تعبیه‌ سلولی خورشیدی است که بتواند به صورت پیوسته، باتری را شارژ کند.

پژوهشگران کوله‌پشتی مخصوص، ماژول سلول خورشیدی ارگانیک فراباریک و سیستم متصل‌کننده‌ای طراحی کرده‌اند، تا بتوانند تمام دستگاه‌ها را با هم ادغام کرده و در سوسک های سایبورگی که سطح مقطع کوچکی دارند، تعبیه کنند؛ سیستم متصل‌کننده بدون اینکه جلوی حرکت طبیعی ربات را بگیرد، تجهیزات موردنظر را طی بازه‌های زمانی طولانی به ربات متصل نگه می‌دارد.

آزمایشات لازم بر روی سوسک های سایبورگی

کنجیرو فوکودا، سرپرست گروه RIKEN، و همکارانش آزمایشات لازم بر روی سوسک های سایبورگی (سوسک‌های مادگاسکار) شروع کردند که قدشان حدود 6 سانتی‌متر است. پژوهشگران ماژول کنترل وایرلس و باتری لیتیوم پلیمر را با استفاده از یک کوله‌پشتی مخصوص روی این حشرات قرار دادند. این کوله‌پشتی حاصل چاپ سه‌بُعدی روی پلیمری انعطاف‌پذیر است و با ساختار بدن سوسک‌ها انطباق دارد، به نحوی که روی انحنای بدن‌شان قرار می‌گیرد و اجزای الکترونیک غیرانعطاف‌پذیر را برای بیش از یک ماه روی سوسک‌ها نگه می‌دارد.

ماژول سلول خورشیدی ارگانیک و فراباریک، با ضخامت 004/0 میلی‌متر، پشت قسمت میانی بدن سوسک‌ها قرار می‌گیرد. به گفته‌ فوکودا، توان خروجی این ماژول به 2/17 میلی‌وات می‌رسد که بیشتر از 50 برابر توان خروجی جدیدترین دستگاه‌های استخراج انرژی است که امروزه روی حشرات زنده تعبیه می‌شوند.

این سلول خورشیدی ارگانیک، انعطاف‌پذیر و فوق‌العاده باریک و البته نحوه‌ اتصالش به حشره، حرکت آزادانه‌ سوسک های سایبورگی را تضمین می‌کند. نکته جالب در خصوص آزمایشات لازم بر روی سوسک های سایبورگی این است که پژوهشگران بعدی از مطالعه‌ دقیق حرکات طبیعی سوسک‌ها دریافتند که شکم این حشرات شکل و میزان همپوشانی اسکلت بیرونی را تغییر می‌دهد. برای انطباق با این مسئله، قطعات چسبنده و غیرچسبنده بین لایه‌ها قرار گرفتند که به آن‌ها اجازه می‌داد به یکدیگر متصل بمانند و در عین حال، خم و راست بشوند. با آزمایش لایه‌های ضخیم‌تر، یا لایه‌هایی که به صورت یک‌شکل متصل می‌شدند، سوسک های سایبورگی مسافت یکسان را در زمان مضاعف طی می‌کردند. به علاوه، سوسک‌هایی که وارونه می‌شدند، به‌سختی می‌توانستند روی پا برگردند.

پژوهشگران اجزای مذکور و سیم‌هایی را که مسئول به حرکت انداختن پاها بودند، به سوسک های سایبورگی اضافه کردند و حشرات سایبورگی جدید را به آزمایش گذاشتند. باتری‌ها با نور شبه‌خورشیدی به مدت 30 دقیقه شارژ شدند. در نهایت، کنترل وایرلس از راه دور توانست سوسک‌ها را در جهات مختلف به حرکت درآورد.

فوکودا در انتها درباره آزمایشات لازم بر روی سوسک های سایبورگی اضافه می‌کند: «با توجه به تغییر شکل شکم و سینه‌ سوسک‌ها طی حرکت، سیستم الکترونیکی دوگانه‌ای متشکل از اجزای انعطاف‌پذیر و غیرانعطاف‌پذیر را که در محفظه‌های شکمی نرم قرار می‌گیرند، می‌توان طراحی مناسب و مؤثری برای ایجاد سوسک های سایبورگی در نظر گرفت. به علاوه، از آنجایی که تغییل شکل شکمی تنها در سوسک‌ها دیده نمی‌شود، این راهکار را می‌توان در حشرات دیگر هم به کار برد.»

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.