日本研究人員近日設計了一個用於製造遙控半機械蟑螂的系統，該系統配備了一個微型無線控制模塊，該模塊由連接到太陽能電池的可充電電池供電。儘管有機械裝置，但超薄的電子器件和柔性材料使昆蟲能夠自由移動。這些成就將有助於使半機械昆蟲的使用成為實際的現實。由日本理化學研究所（RIKEN）先鋒研究集群（CPR）的研究人員領導的一個國際團隊9月5日在科學雜誌《npj-柔性電子》上報告了這項成果。

科學家們一直在嘗試設計半機械昆蟲來幫助檢查危險區域和監測環境。然而，為了使半機械昆蟲的使用具有實用性，處理者必須能夠長時間遠程控制它們。這就需要對它們的腿部部分進行無線控制，由一個微小的可充電電池供電。

保持電池充足的電量是至關重要的–沒有人希望有一群突然失去控制的半機械蟑螂在周圍遊蕩。雖然可以建造為電池充電的對接站，但返回和充電的需要會擾亂時間敏感的任務。因此，一個最佳的方法是包括一個機載太陽能電池，可以持續確保電池保持充電狀態。

當然，所有這些都是說起來容易做起來難。為了成功地將這些設備集成到表面積有限的蟑螂身上，工程團隊需要開發一個特殊的背包和超薄的有機太陽能電池模塊。他們還需要一個粘附系統，以保持機械長時間的附著，同時還允許自然運動。

在RIKEN CPR的Kenjiro Fukuda領導下，研究小組用馬達加斯加蟑螂進行了實驗，這些蟑螂大約有6厘米（2.4英寸）長。他們使用一個特別設計的背包將無線腿部控制模塊和鋰聚合物電池安裝在昆蟲胸部的頂部。這是以一隻模型蟑螂的身體為模型，用彈性聚合物進行3D打印。結果是一個與蟑螂的彎曲表面完全吻合的背包，使堅硬的電子設備能夠穩定地安裝在蟑螂胸部超過一個月。

超薄的0.004毫米厚的有機太陽能電池模塊被安裝在腹部的背面。據Fukuda稱：“安裝在身體上的超薄有機太陽能電池模塊實現了17.2 mW的功率輸出，這比目前活體昆蟲上最先進的能量採集裝置的功率輸出大50多倍。”

事實證明，超薄和靈活的有機太陽能電池，以及它與昆蟲的連接方式，對於確保運動自由是必要的。在仔細研究了蟑螂的自然運動後，科學家們意識到腹部會改變形狀，外骨骼的部分會重疊。為了適應這種情況，他們在薄膜上交織了粘性和非粘性部分，這使它們能夠彎曲，但也能保持連接。當測試較厚的太陽能電池薄膜時，或者當薄膜被均勻地附著時，蟑螂跑相同的距離需要兩倍的時間。它們在仰臥時也很難擺正自己的位置。

一旦這些組件被整合到蟑螂體內，再加上刺激腿部節段的電線，新的機械人被測試。用假太陽光給電池充電30分鐘，用無線遙控器讓動物左右轉動。

“考慮到基本運動過程中胸部和腹部的變形，胸部的剛性和柔性元件以及腹部的超軟裝置組成的混合電子系統似乎是機械蟑螂的有效設計，”Fukuda說。“此外，由於腹部變形不是蟑螂所獨有的，我們的策略可以適用於其他昆蟲，如甲蟲，甚至將來可能適用於像蟬這樣的飛行昆蟲。”