Тараканы-киборги с самозарядкой: как это работает
Представьте себе: вы достаете телефон, открываете приложение и… отправляете таракана на спецзадание. Нет, это не сценарий нового фильма ужасов, а вполне реальная научная разработка. Группе исследователей удалось невозможное: они прикрепили к нервной системе мадагаскарского таракана электронный «рюкзак» и теперь могут дистанционно управлять его движениями. Секрет — в стимуляции церков, специальных придатков на брюшке насекомого. Звучит как фантастика, но цель у ученых самая что ни на есть приземленная: когда-нибудь такие киборги смогут искать выживших под завалами, обследовать опасные зоны или следить за состоянием окружающей среды.
Честно говоря, идея не нова. Инженеры уже давно пытаются оседлать жуков и тараканов. Но всегда упирались в одну и ту же стену: энергия. Батарейки слишком быстро садятся, а таскать с собой тяжелый аккумулятор насекомое физически не может. Можно, конечно, приказать киборгу вернуться на «базу» для подзарядки, но в условиях чрезвычайной ситуации это сродни тому, чтобы ждать курьера с пиццей во время пожара — бессмысленно и долго.
Была и другая идея: вживить в таракана биотопливный элемент, который вырабатывает энергию из его же тканей. Но и тут ученых ждало разочарование — максимум, что удалось получить, это 333 микроватта. А для управления движением и передачи сигнала нужны уже милливатты. Вот тут-то японская команда из RIKEN и решила: раз уж мы живем под солнцем, почему бы не использовать его? Они создали ультратонкий органический солнечный модуль, который выдает до 17,2 мВт — именно то, что доктор прописал.
Идеальный рюкзак для идеального агента
Мадагаскарские тараканы — ребята крупные, до 7 сантиметров в длину. Но даже для них снаряжение должно быть незаметным и не сковывать движения. Инженеры подошли к делу с ювелирной точностью. Сначала напечатали на 3D-принтере модель таракана, изучили все его изгибы, а затем создали эластичный «рюкзак», который крепится прямо на грудную клетку и держится там больше месяца.
Солнечную батарею толщиной всего 4 микрометра разместили на брюшке. Но тут команду ждал сюрприз. Оказалось, что во время движения брюшко таракана постоянно меняет форму — сегменты экзоскелета наезжают друг на друга, как плиты брони. Если бы пленка была приклеена намертво, она бы просто порвалась или мешала насекомому. Выход нашли гениальный: на пленке сделали участки с клеем и без него. Это позволило ей быть одновременно и надежно зафиксированной, и гибкой.
Кстати, о движениях. Когда ученые тестировали более толстые пленки, которые просто плотно оборачивали брюшко, тараканы начинали страдать: они ползли в два раза медленнее и, если падали на спину, с трудом могли перевернуться обратно. С новой конструкцией всё иначе. Как пишут сами исследователи в журнале npj flexible electronics, комбинация ультратонкой пленки и «шахматного» порядка клейких зон повысила успешность самовыпрямления до 80%. Согласитесь, для насекомого с электронной начинкой на спине это отличный показатель.
Импульс, и таракан — на задании
Но хватит лирики, перейдем к полевым испытаниям. Ученые посадили киборгов под искусственное солнце на полчаса, зарядили батарею и взяли в руки пульт. Подавая электрические импульсы на церки — те самые сенсорные нервы на брюшке, — они заставляли тараканов поворачивать налево и направо. Управление работало как часы. Руководитель группы Кенджиро Фукуда не скрывает гордости: их солнечный модуль выдает в 50 раз больше энергии, чем любые другие устройства, которые когда-либо крепили на живых насекомых.
Конечно, аппетиты у электроники пока еще великоваты. Беспроводной модуль управления локомоцией потребляет 73,3 мВт. Это значит, что после полной зарядки аккумулятора (емкостью 40 мА·ч) таракан бегает по командам около двух часов. Но ученые уже знают, где срезать углы: «Основной пожиратель энергии — это беспроводная связь. Если сделать интервалы между сигналами реже, батареи хватит надолго», — поясняют они.
Так когда же нас спасут отряды киборгов? Пока рано. Сейчас система умеет только гонять таракана туда-сюда. Для реальной спасательной операции нужны датчики, камеры, микрофоны — а это дополнительная нагрузка и энергия. «Мы работаем над этим, — успокаивает Фукуда. — Как только интегрируем всё необходимое, можно будет отправлять насекомых на разведку». И, что самое интересное, технология универсальна: если получится с тараканом, значит, получится и с жуками, и даже с цикадами. Представляете рой летающих киборгов с камерами?