Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) a mis au point un système permettant de créer des cafards cyborg télécommandés, équipé d'un minuscule module de commande sans fil alimenté par une batterie rechargeable fixée à une cellule solaire. Malgré les dispositifs mécaniques, l'électronique ultra-mince et les matériaux flexibles permettent aux insectes de se déplacer librement. Ces réalisations, rapportées dans la revue scientifique npj Flexible Electronics le 5 septembre, contribuera à faire de l'utilisation des insectes cyborgs une réalité pratique.

Les chercheurs ont essayé de concevoir des insectes cyborgs - en partie insecte, en partie machine - pour aider à inspecter les zones dangereuses ou à surveiller l'environnement. Cependant, pour que l'utilisation des insectes cyborgs soit pratique, les manipulateurs doivent pouvoir les contrôler à distance pendant de longues périodes. Cela nécessite un contrôle sans fil de leurs segments de jambe, alimenté par une minuscule batterie rechargeable. Garder la batterie correctement chargée est fondamental - personne ne veut qu'une équipe de cafards cyborg soudainement incontrôlable erre. Bien qu'il soit possible de construire des stations d'accueil pour recharger la batterie, la nécessité de revenir et de recharger pourrait perturber les missions urgentes. Par conséquent, la meilleure solution consiste à inclure une cellule solaire embarquée qui peut garantir en permanence que la batterie reste chargée.

Tout cela est plus facile à dire qu'à faire. Pour intégrer avec succès ces appareils dans un cafard qui a une surface limitée, l'équipe de recherche a dû développer un sac à dos spécial, des modules de cellules solaires organiques ultra-minces et un système d'adhérence qui maintient les machines attachées pendant de longues périodes tout en permettant des mouvements naturels.

Dirigée par Kenjiro Fukuda, RIKEN CPR, l'équipe a expérimenté des cafards de Madagascar, qui mesurent environ 6 cm de long. Ils ont attaché le module de contrôle des jambes sans fil et la batterie au lithium polymère au sommet de l'insecte sur le thorax à l'aide d'un sac à dos spécialement conçu, qui a été calqué sur le corps d'un modèle de cafard. Le sac à dos a été imprimé en 3D avec un polymère élastique et s'est parfaitement adapté à la surface incurvée du cafard, permettant à l'appareil électronique rigide d'être monté de manière stable sur le thorax pendant plus d'un mois.

Le module de cellule solaire organique ultra-mince de 0,004 mm d'épaisseur a été monté sur la face dorsale de l'abdomen. "Le module de cellule solaire organique ultra-mince monté sur le corps atteint une puissance de sortie de 17,2 mW, soit plus de 50 fois plus que la puissance de sortie des dispositifs de récupération d'énergie de pointe actuels sur les insectes vivants", selon Fukuda.

La cellule solaire organique ultrafine et flexible, et la façon dont elle était attachée à l'insecte, se sont avérées nécessaires pour assurer la liberté de mouvement. Après avoir soigneusement examiné les mouvements naturels des cafards, les chercheurs ont réalisé que l'abdomen change de forme et que des parties de l'exosquelette se chevauchent. Pour s'adapter à cela, ils ont entrelacé des sections adhésives et non adhésives sur les films, ce qui leur a permis de se plier mais aussi de rester attachés. Lorsque des films de cellules solaires plus épais ont été testés, ou lorsque les films ont été uniformément fixés, les cafards ont mis deux fois plus de temps pour parcourir la même distance et ont eu du mal à se redresser lorsqu'ils étaient sur le dos.

Une fois ces composants intégrés aux cafards, ainsi que les fils qui stimulent les segments des jambes, les nouveaux cyborgs ont été testés. La batterie a été chargée avec de la pseudo-lumière du soleil pendant 30 minutes, et les animaux ont été obligés de tourner à gauche et à droite à l'aide de la télécommande sans fil.

"Compte tenu de la déformation du thorax et de l'abdomen lors de la locomotion de base, un système électronique hybride d'éléments rigides et flexibles dans le thorax et de dispositifs ultra-doux dans l'abdomen semble être une conception efficace pour les cafards cyborg", explique Fukuda. "De plus, puisque la déformation abdominale n'est pas unique aux cafards, notre stratégie peut être adaptée à d'autres insectes comme les coléoptères, ou peut-être même des insectes volants comme les cigales à l'avenir." + Explorer plus loin

La cellule solaire organique ultra-mince est efficace et durable