Forscher aus Japan haben mit Hilfe von 3D-Druck einen elektronischen Rucksack für Kakerlaken hergestellt. Zusammen mit einem Fortbewegungssteuerungsmodul und einer Solarzelle soll die Kakerlake so zum „Cyborg“ werden. Wir stellen die interessante Arbeit der Forscher einmal genauer vor.

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Auch mit Unterstützung von 3D-Druck ist es Forschern des RIKEN Centers for Emergent Matter Science (CEMS) in Japan die Entwicklung eines Geräts gelungen, das Kakerlaken in ferngesteuerte Cyborgs verwandelt. Der aus elastischem Polymer in 3D gedruckte Rucksack, ein Fortbewegungssteuerungsmodell und eine Solarzelle ermöglichen es, den Cercus einer Kakerlake elektrisch zu stimulieren, um ihr so Navigationsbefehle zu erteilen. Die Batterie wird dabei über die Sonne aufgeladen.

Das Ergebnis ihrer Arbeit haben die Forscher in einem Artikel mit dem Titel „Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility“

Masataka Sasabe vom wissenschaftlichen Forschungsinstitut RIKEN, sagte:

„Es ist von grundlegender Bedeutung, die Batterie ausreichend aufgeladen zu halten – niemand möchte, dass ein plötzlich außer Kontrolle geratenes Team von Cyborg-Kakerlaken herumstreift. Obwohl es möglich ist, Dockingstationen zum Aufladen der Batterie zu bauen, könnte die Notwendigkeit, zurückzukehren und aufzuladen, zeitkritische Missionen stören. Daher ist die beste Lösung, eine Onboard-Solarzelle einzubauen, die kontinuierlich dafür sorgen kann, dass die Batterie aufgeladen bleibt.“

Kakerlaken-Cyborg als Such- und Rettungseinheit

Die CEMS-Forscher erklären, dass kontrollierbare Käfer ein erhebliches Potenzial als zukünftige städtische Such- und Rettungsfahrzeuge haben. Die kleinen Lebewesen könnten in Bereiche eindringen, die für Menschen zu gefährlich sind. Es ist jedoch noch eine Herausforderung, genügend Ladung zu speichern, um winzige Steuergeräte mit Strom zu versorgen. Damit sie nicht ständig zu einer Aufladestation müssen, haben sich die Forscher für die Solarzelle entschieden. Die höchste aufgezeichnete Leistung einer enzymatischen Biobrennstoffzelle beträgt 333 μW. In früheren Studien hat sich das als ausreichend erwiesen, die Forscher aus Japan wollen dies jedoch auf 10 mW steigern.

3D-gedruckter Rucksack für und an Kakerlake
Die Forscher haben mit dem Form 3 3D-Drucker einen winzigen Rucksack hergestellt (im Bild: Kakerlake mit Rucksack)(Bild © RIKEN CEMS.).

Die Forscher konzentrierten sich im Rahmen ihres Projekts darauf, Wege zu finden, wie sie Solarbatterien und Navigationsgeräte an Insekten anbringen, ohne sie zu schwer zu belasten und ihre „grundlegenden Verhaltensfähigkeiten“ zu beeinträchtigen.

Sie erklären:

„Um Geräte in kleine Tiere mit begrenzter Oberfläche zu integrieren und Lasten zu tragen, ist ein Gerätedesign und eine Integrationsstrategie von großflächigen Solarzellen erforderlich. Da die Ausgangsleistung der Solarzelle proportional zur Fläche ist, beeinträchtigen sowohl die Belastung des Gerätes als auch der Kontakt zwischen dem Gerät und den beweglichen Gelenken die Bewegungsfähigkeit erheblich.“

Kakerlake überwindet Hindernisse
Die Kakerlaken können dorthin, wo es für Menschen zu gefährlich wäre (im Bild: Kakerlaken überwinden Hindernisse)(Bild © RIKEN CEMS.).

Solarzellenmodul benötigt ausreichend Energie

Sie haben ihren Träger so konzentriert, dass er für die madagassische Schabe geeignet ist, die einen Körper von bis zu 7 cm hat. Mit einem Form 3 3D-Drucker von Formlabs druckten sie den Rucksack aus dem Material Elastic 50A. Damit konnten sie ihn an den gekrümmten Körper des Insekts anpassen und machten ihn gleichzeitig zu einem idealen Befestigungspunkt.

Struktur des Solarzellenmoduls
Die Solarzelle versorgt das Fortbewegungssteuerungsmodul mit ausreichend Energie (im Bild: Struktur des Solarzellenmoduls)(Bild © RIKEN CEMS.).

An einem Bauchmuskel befestigten sie ein 4 µm dickes organisches Solarzellenmodul, das nach der Schaltungsverstärkung eine Ausgangsleistung von 4,2 V lieferte. Diese Ladung konnte dann als drahtloses Modul eingesetzt werden, das Signale von einem externen Server empfangen und die Kakerlake dazu zu bringen, ihnen durch Elektroschocks an ihrem Navigations-Cercus zu entsprechen. Das Solarzellenmodul konnte das Gerät nach einer vollständigen Aufladung zwei Stunden lang mit Strom versorgen. Die Forscher halten ihren Ansatz für eine effektive „Designstrategie für die Anbringung von Elektronik“ an Kakerlaken, die dazu beitragen könnte, „das Aktivitätsspektrum zu erweitern und verschiedene Funktionen für Cyborg-Insekten zu realisieren“, um voranzukommen.

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