Solar-Akku am Rücken

Forscher entwickeln wiederaufladbare Cyborg-Schabe

Wissenschaftler in Japan haben eine Möglichkeit gefunden, Cyborg-Kakerlaken über einen langen Zeitraum fernzusteuern. Sie entwickelten dafür ein winziges, drahtloses Steuermodul, das von einem solargespeisten Akku betrieben wird.

Die ferngesteuerten Cyborg-Kakerlaken - teils Insekt, teils Maschine - könnten künftig dabei behilflich sein, gefährliche Bereiche zu inspizieren oder die Umwelt zu überwachen. Damit der Einsatz von Cyborg-Insekten praktikabel ist, müssen sie jedoch über lange Zeiträume hinweg ferngesteuert werden können. Dies erfordert eine drahtlose Steuerung ihrer Beinsegmente, die von einer winzigen wiederaufladbaren Batterie gespeist werden.

Wie ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) in Japan berichtet, sei es dabei von grundlegender Bedeutung, dass die Batterie immer ausreichend aufgeladen ist - schließlich wolle niemand, dass plötzlich ein Team von Cyborg-Kakerlaken außer Kontrolle gerate. Zwar sei es möglich, Andockstationen zum Aufladen des Akkus zu bauen, aber die Notwendigkeit, zurückzukehren und aufzuladen, könnte zeitkritische Missionen stören.

(Bild: RIKEN)

Mini-Rucksack für Komponenten entwickelt
Als beste Lösung erschien daher eine Solarzelle, die dafür sorgt, dass die Batterie ständig aufgeladen bleibt. Die Forschenden standen dabei einer Mitteilung zufolge jedoch vor der Herausforderung, dass jede Kakerlake dafür nur eine begrenzte Oberfläche zur Verfügung hat. Sie mussten daher einen speziellen Rucksack, ultradünne organische Solarzellenmodule und ein Haftsystem entwickeln, das sämtliche Komponenten über lange Zeiträume hinweg festhält und gleichzeitig natürliche Bewegungen ermöglicht.

Unter der Leitung von Kenjiro Fukuda experimentierte das Team mit Madagaskar-Fauchschaben, die etwa sechs Zentimeter lang sind. Sie befestigten das drahtlose Beinsteuerungsmodul und die Lithium-Polymer-Batterie mithilfe eines speziell entworfenen Rucksacks, der dem Körper einer Modellschabe nachempfunden war, oben auf dem Brustkorb des Insekts. Der Rucksack wurde mit einem elastischen Polymer 3D-gedruckt und passte sich perfekt an die gekrümmte Oberfläche der Schabe an, sodass die starre Elektronik mehr als einen Monat lang stabil auf dem Brustkorb befestigt werden konnte.

Madagaskar-Fauchschabe

(Bild: 3d_vicka - stock.adobe.com)

Bewegungsfreiheit gewährleistet
Das nur 0,004 Millimeter dünne organische Solarzellenmodul wurde auf der Rückenseite des Hinterleibs angebracht und erreichte laut Fukuda eine Ausgangsleistung von 17,2 Milliwatt. Die Art und Weise, wie es am Insekt befestigt wurde, erwies sich als notwendig, um die Bewegungsfreiheit zu gewährleisten. Nachdem die Forscher die natürlichen Bewegungen der Kakerlake sorgfältig untersucht hatten, stellten sie fest, dass der Hinterleib seine Form verändert und sich Teile des Hautpanzers überlappen. Um dem Rechnung zu tragen, schichteten sie klebende und nicht klebende Abschnitte in die Solarfolien ein, sodass diese sich zwar biegen konnten, aber dennoch befestigt blieben.

Nachdem die Komponenten zusammen mit Drähten, die die Beinsegmente stimulieren, in die Kakerlaken integriert waren, musste diese nur noch eine halbe Stunde aufladen. Anschließend war es den Forschern möglich, die Cyborg-Insekten drahtlos zu steuern. Laut Forschungsleiter Fukuda könnte die Technologie künftig auch bei anderen Insekten zum Einsatz kommen: „Da die Verformung des Unterleibs nicht nur bei Schaben vorkommt, kann unsere Strategie auch auf andere Insekten wie Käfer oder in Zukunft vielleicht sogar auf fliegende Insekten wie Zikaden übertragen werden.“