打不死的小强变身“半机械蟑螂”?请允许我尊称一声强哥

蟑螂,也就是人们常说的“小强”,是一种人人恨得咬牙、欲除之而后快的奇特生物。

为啥说它奇特? 是因为蟑螂有着极强的生命力和繁殖力,已经有数亿年的演化历史,在人类无数“拖孩”的打击下,依然能够顽强地保留下来。

图|波罗的海琥珀内的蟑螂,至少有 4000 万到 5000 万年的历史。(来源:维基百科)

按照现代的生物分类学,地球上约有 4000 多种蟑螂,其中仅有数十种会入侵人类家居,有数种会被人类当作宠物饲养,绝大部分品种只能出现在野外山涧树林或昆虫博物馆。

在最常见的家栖蟑螂中,美洲蟑螂(Periplaneta americana)、澳洲蟑螂(Periplaneta australasiae)及短翅的斑蠊(Neostylopyga rhombifolia)体型较大,体长约为 2-4 厘米;德国小蠊(Blattella germanica)、日本姬蠊(Blattella bisignata)及亚洲姬蠊(Blattella asahinai)体型则较小,体长约为 1-2 厘米。

一般情况下,热带地区的蟑螂比力大,身长可达 10 厘米,比如东方蜚蠊(Blatta orientalis)。

但是,小小的蟑螂,也有大用,比如被安排在搜索和救援任务中,或者调查比力危险的地方。

一直以来,远程控制与长时间续航的需求一直是尚未解决的问题。 如今,这一想法或许即将成为现实。

近日,日本理化学研究所(RIKEN)开创性研究集群(Cluster for pioneer Research,CPR)的研究团队及其合作者,就设计了一种可以制造遥控半机械蟑螂的系统。

图|半机械蟑螂。(来源:该论文)

如上图,是不是很有科技感?

据介绍,该系统配备了一个可由太阳能充电的微型无线控制模块,可实现自供电,并且超薄的电子设备和柔性材可以使半机械蟑螂自由移动。

研究团队认为,半机械蟑螂的问世,或将使半机械昆虫应用在现实生活中成为可能。

相关研究以“Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility”为题,已颁发在科学期刊 npj Flexible Electronics 上。

(来源:npj Flexible Electronics)

一直以来,半机械昆虫被认为可以用于监测危险地区或周边环境,但要让这一想法成为现实,就需要半机械昆虫能够被远程控制很长时间。也就是说,操作人员可以无线控制半机械昆虫的腿部,并利用太阳能为其长时间供电。

但是,要实现以上功能却并不容易。

为了将这些设备集成到蟑螂的有限表面积内,研究团队需要开发一种特殊的“背包”,一个超薄有机太阳能电池组件,以及一个保障半机械蟑螂自由运动的粘附系统。

在此次工作中,研究团队将长约 6 厘米的马达加斯加蟑螂(Madagascar cockroach)作为实验对象,并利用一个特别设计的蟑螂模型背包,将无线腿控制组件和锂聚合物电池连接到昆虫胸部的顶部。

图|半机械蟑螂示意图。(来源:该论文)

据论文描述,这个背包是用一种弹性聚合物 3D 打印出来的,完全符合蟑螂的“身型”,可以在蟑螂胸部固定一个多月。

别的,超薄的有机太阳能电池组件仅有 0.004 毫米厚,被安装在蟑螂的腹部背侧,其输出功率为 17.2 毫瓦,比目前最先进的昆虫能量收集设备的输出功率大 50 倍以上。

图|正在充电。(来源:npj Flexible Electronics)

超薄、柔性的有机太阳能电池,以及它的附着方式,就可以确保半机械蟑螂长时间自由行动。

图|充电后。 (动图制作素材来源: npj Flexible Electronic s )

在仔细检查了蟑螂的自然运动后,研究团队发现,蟑螂的腹部会改变形状,部分外骨骼会交叠。为了适应这种情况,他们使用了有粘性和无粘性的材,使得太阳能电池既可以弯曲,又可以保持附着。

图|半机械蟑螂跨越障碍物。 (动图制作素材来源: npj Flexible Electronic s )

当测试更厚的太阳能电池薄膜时,或者当薄膜均匀地贴在蟑螂腹部上时,蟑螂跑同样的距离需要两倍的时间,并且很难翻身,这就有可能导致它们在搜索和救援任务中失败。

图|无法翻身的半机械蟑螂。(来源:npj Flexible Electronics)

在论文的最后,研究团队也表示,“由于腹部变形不是蟑螂独有的,我们的策略可以适应甲虫等其他昆虫,甚至未来可能会用在像蝉这样的飞行昆虫上。

看到这里,要不要收起你的“拖孩”。

参考链接:

https://www.nature.com/articles/s41528-022-00207 -2

“学术头条”(ID:SciTouTiao),作者:学术头条,经。

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