Cyborg-insecten sprokkelen energie voor eigen implantaten

Onderzoekers aan de University of Michigan hebben ontdekt dat een levende kever met cybernetische implantaten een veel nuttiger microvliegtuigje oplevert dan een volledig robotexemplaar. Door gebruik te maken van de bewegingen van het insect kan het dier zelf de benodigde stroom opwekken om de geïmplanteerde elektronica werkend te houden.

Er wordt al enige jaren driftig onderzoek gedaan naar het ontwerp en de bouw van vliegende microvliegtuigen; vliegende robots ter grootte van een insect. Het blijkt echter vreselijk lastig te zijn om een lichtgewicht insectrobotje te maken dat een vracht kan vervoeren en ook nog een duurzame stroombron aan boord heeft. Sommige onderzoekers zijn dan ook gestopt met pogingen doen de natuur de kopiëren en hebben besloten de natuur in plaats daarvan een beetje ‘aan te passen'.

Cybernetische implantaten

Wetenschappers hebben ontdekt dat het met het aanbrengen van kleine stimulatorsystemen bij de antennes van de insecten, elektroden in hun centrale zenuwstelsel, of spier-zenuwinterfaces, makkelijker is de hersenen van het insect te besturen dan het is om een robotinsect te ontwerpen.

"Hoewel we enorm veel vooruitgang in de ontwikkeling van microvliegtuigjes zien, hebben de cyborginsecten veel meer voordelen. Bijvoorbeeld op het gebied van aerodynamische prestaties, vluchtduur, laadvermogen en energieopslag op miniatuurschaal", zegt Ethem Erkan Aktakka van de University of Michigan. "Onze huidige technologie is simpelweg nog niet klaar voor de strijd tegen de duizenden jaren aan evolutie van moeder natuur."

Weg met batterijen

Tot op heden werden dit soort implantaten gevoed met kleine batterijen. Maar nu hebben Aktakka en collega's een energie-oogstmechanisme ontwikkeld dat stroom opwekt door de beweging van de vleugels van de kever. Dit wordt gedaan met behulp van piëzo-elektrische omzetters die per insect 45 µW kunnen opwekken.

Tijdens een aparte test met een groter piëzo-elektrische omzetter, werd aangetoond dat zo'n component, dichter bij de spierbasis van het insect, zelfs 115 µW kan opwekken. De onderzoekers gaan nu kijken hoe de ontdekkingen verder verbeterd kunnen worden om uiteindelijk één werkend en efficiënt systeem te krijgen voor de cyborg-kevers.

De kevers kunnen uiteindelijk ingezet gaan worden bij reddingsoperaties, beveiliging, monitoren van gevaarlijke omgevingen en detectie van explosieven.