日本研究人员近日设计了一个用于制造遥控半机械蟑螂的系统，该系统配备了一个微型无线控制模块，该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，但超薄的电子器件和柔性材料使昆虫能够自由移动。这些成就将有助于使半机械昆虫的使用成为实际的现实。由日本理化学研究所（RIKEN）先锋研究集群（CPR）的研究人员领导的一个国际团队9月5日在科学杂志《npj-柔性电子》上报告了这项成果。 科学家们一直在尝试设计半机械昆虫来帮助检查危险区域和监测环境。然而，为了使半机械昆虫的使用具有实用性，处理者必须能够长时间远程控制它们。这就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至关重要的--没有人希望有一群突然失去控制的半机械蟑螂在周围游荡。虽然可以建造为电池充电的对接站，但返回和充电的需要会扰乱时间敏感的任务。因此，一个最佳的方法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。 当然，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集成到表面积有限的蟑螂身上，工程团队需要开发一个特殊的背包和超薄的有机太阳能电池模块。他们还需要一个粘附系统，以保持机械长时间的附着，同时还允许自然运动。 在RIKEN CPR的Kenjiro Fukuda领导下，研究小组用马达加斯加蟑螂进行了实验，这些蟑螂大约有6厘米（2.4英寸）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安装在昆虫胸部的顶部。这是以一只模型蟑螂的身体为模型，用弹性聚合物进行3D打印。结果是一个与蟑螂的弯曲表面完全吻合的背包，使坚硬的电子设备能够稳定地安装在蟑螂胸部超过一个月。 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面。据Fukuda称：“安装在身体上的超薄有机太阳能电池模块实现了17.2 mW的功率输出，这比目前活体昆虫上最先进的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，科学家们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。当测试较厚的太阳能电池薄膜时，或者当薄膜被均匀地附着时，蟑螂跑相同的距离需要两倍的时间。它们在仰卧时也很难摆正自己的位置。 一旦这些组件被整合到蟑螂体内，再加上刺激腿部节段的电线，新的机械人被测试。用假太阳光给电池充电30分钟，用无线遥控器让动物左右转动。 “考虑到基本运动过程中胸部和腹部的变形，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，”Fukuda说。“此外，由于腹部变形不是蟑螂所独有的，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。”
