يصنع الباحثون صراصير سايبورغ تحمل حزم الطاقة الخاصة بهم

هل فكرت يومًا في أنك ستشاهد صرصورًا سايبورغًا يعمل بالطاقة الشمسية ويحمل حقيبة ظهر تشبه دائرة كهربائية؟ قام فريق من الباحثين في معهد أبحاث RIKEN الياباني بتحويل صرصور مدغشقر العادي إلى حشرة سايبورغ حقيقية عن طريق توصيل بطارية ليثيوم وخلية شمسية وأسلاك متعددة ودائرة إلكترونية صغيرة. يمكن التحكم في سايبورغ باستخدام إشارات البلوتوث ، ويقترح الباحثون أنه في المستقبل ، يمكن استخدام هذه الحشرات الآلية في مهام البحث والإنقاذ.

يشير الباحثون إلى سايبورغ الخاص بهم على أنه نظام هجين من الحشرات والكمبيوتر ، ويتضمن ذلك حشرة حية كمنصة ونظام إلكتروني مصغر كوحدة تحكم. في الأساس ، هو روبوت حيوي يمكن التحكم فيه مثل الروبوت ، لكن لديه القدرة على استكشاف بيئة معقدة والتنقل فيها بإتقان حشرة. يزعم الباحثون أن حشرات السايبورغ يمكنها حتى التغلب على الروبوتات اللينة التقليدية عندما يتعلق الأمر بالتنقل المفيد في العالم الحقيقي.

الذهاب إلى الشمس

مع مراعاة شكل جسم الصرصور الذي يبلغ طوله 6 سم ، صمم الباحثون حقيبة ظهر بوليمر يمكنها حمل جميع المعدات الإلكترونية دون إزعاج الحشرة عندما تتحرك. حملت حقيبة الظهر وحدة تحكم إلكترونية وبطارية ليثيوم وأسلاك متعددة. تم توصيل كل سلك بجهاز التحكم من جانب واحد وبأرجل مختلفة من الصرصور على الجانب الآخر.

كلما كان الباحثون تريد الصرصور للتحرك ، يرسلون إشارة Bluetooth إلى لوحة الدائرة ، والتي تنقل التيار الكهربائي إلى الأرجل عبر الأسلاك. تحاكي هذه التيارات المدخلات الحسية التي توجه الصرصور للتحرك إلى اليمين أو اليسار ، مستفيدة من السلوك الانعكاسي. لا يزال دماغ الصرصور ضروريًا لتنشيط عضلاته وتحريك الصرصور.

ومع ذلك ، سرعان ما أدرك الباحثون أن حشرة سايبورغ قد تكون مطلوبة للعمل لعدة أيام أو حتى أسابيع. لن تكون بطارية الليثيوم الصغيرة كافية لتلبية متطلبات الطاقة لفترة طويلة ، وبما أن دماغ الصرصور سليم ، فقد يتخلى عن أي مهمة تم إرسالها ويهرب.

ولتعزيز إمداد الطاقة ، تم إنشاء خلية شمسية بالغة الرقة وزُرعت على بطن الصرصور للتغلب على هذه المشكلة. على الرغم من أن سمك الخلية الشمسية يبلغ 4 × 10 مم فقط ، إلا أنها وفرت 50 ضعفًا من الطاقة اللازمة لوحدة التحكم. لسوء الحظ ، كانت واسعة بما يكفي لإعاقة حركة الصرصور. أثناء الاختبار الأولي ، وجد الباحثون أن الحشرة كانت تتحرك بنصف سرعتها الأصلية ، وفي كل مرة تنقلب أو تسقط ، لم تكن قادرة على العودة إلى اتجاهها الطبيعي.

أجرى الباحثون بعض التعديلات على موضع الخلية وترتيبها ، وأخيراً ، تمكنوا من تزويد صرصور سايبورغ بخلية شمسية وبطارية توفر 17.2 ميجاوات من الطاقة.

أثناء شرح أهمية وحدة الخلايا الشمسية بشكل أكبر ، قال علماء البحث وأحد مؤلفي الدراسة ، كينجيرو فوكودا ، لـ Ars Technica ، “لتحقيق مهمة الإنقاذ في المناطق الحضرية ، تحتوي حشرات سايبورغ على أجهزة كمبيوتر للتحكم في الحركة ، وأجهزة استشعار للبحث [for] الناس ، وجهاز الاتصال اللاسلكي. هذه تتطلب 10-100 ميغاواط من إجمالي استهلاك الطاقة. لذلك ، فإن أجهزة حصاد الطاقة المركبة على الحشرات ضرورية لزيادة نطاق نشاط ووظائف الروبوتات الحيوية “.

وقال أيضًا إن علماء آخرين اقترحوا أنواعًا إضافية من الروبوتات الحيوية تتراوح من الروبوتات العثة إلى خنافس سايبورغ. ومع ذلك ، فإن معظم هذه الحشرات السايبورغية تفتقر إلى أجهزة تجميع الطاقة على أجسامها لأن مساحة وحمل جهاز الحصاد يضعفان بشكل كبير من قدرتها على الحركة. لذا فإن إضافة جهاز مناسب لتجميع الطاقة (الخلية الشمسية) لإعادة شحن وحدة التحكم الإلكترونية على حشرة سايبورغ كان أحد الإنجازات الرئيسية لأبحاثهم.

مقابل الروبوتات اللينة بين سايبورغ

قد يبدو أكثر عملية وسهلة الاستخدام الروبوتات اللينة بدلاً من حشرات سايبورغ في مهام البحث والإنقاذ. لن تتخلى الروبوتات اللينة عن المهمة أبدًا مثل صراصير السايبورغ ؛ زائد ، هم يمكن جعلها أسرع وأكثر كفاءة. إذن ، لماذا نحتاج إلى حشرات سايبورغ؟ الجواب هو الطاقة والتكلفة – لتحويل صرصور إلى سايبورغ ، كل ما نحتاجه هو دائرة مصغرة ، ومصدر للطاقة ، وبعض الأسلاك ، ووحدة تحكم ، وحقيبة ظهر من البوليمر. يتكون الروبوت الناعم بالكامل من الصفر.

على الرغم من أن توصيل الأسلاك بأرجل الصرصور قد يبدو مضيعة للوقت ، إلا أنها تستغرق وقتًا طويلاً بناء روبوت ناعم أكبر. علاوة على ذلك ، فإن مثل هذه الروبوتات تتطلب طاقة عالية مقارنة بنظيراتها من الحشرات. “نتحكم في حركة الحشرات باستخدام الإشارات الكهربائية للأعصاب الحسية. يتطلب هذا النهج استهلاكًا للطاقة يبلغ 100 ميغاواط تقريبًا ، وهو أقل بكثير من استهلاك الطاقة المطلوب للمشغلات المتحركة للروبوتات الصغيرة (عادةً 100 ميغاواط أو أكبر) ، قال فوكودا.

بصرف النظر عن امتلاكه قدرات الروبوت ، يتنقل صرصور سايبورغ في بيئة باستخدام المدخلات التي يتلقاها من حواسه الطبيعية. هذا شيء لا يمكن للإنسان الآلي أن ينجزه أبدًا ، وبالتالي ، يجادل الباحثون بأن حشرات السايبورغ يمكن أن تقدم مساعدة أفضل أثناء مهام البحث والإنقاذ مقارنة بأي تقنيات أخرى. يخطط فوكودا وفريقه الآن لصنع نسخ سايبورغ من أنواع أخرى من الحشرات ، بما في ذلك الحشرات يمكن أن تطير.

إلكترونيات مرنة npj ، 2022. DOI: 10.1038 / s41528-022-00207-2 (حول DOIs)

روبندرا براهامبهات صحفي ومخرج أفلام ذو خبرة. يغطي أخبار العلوم والثقافة ، وعلى مدى السنوات الخمس الماضية ، عمل بنشاط مع بعض وكالات الأنباء والمجلات والعلامات التجارية الإعلامية الأكثر ابتكارًا العاملة في أجزاء مختلفة من العالم.