Учёные получили энергию от тел жуков-киборгов
Исследователи на практике выяснили, сколько электричества можно получить от взмахов крыльев жуков. Такой сбор энергии пригодится для питания миниатюрных сенсоров, переносимых самими насекомыми.
Жуки, задействованные в эксперименте, достигали двух сантиметров в длину (фото Ethem Erkan Aktakka).
По меньшей мере в трёх университетах США вот уже несколько лет работают над превращением жуков в летающих киборгов. Интегрированная электроника (камеры, микрофоны, датчики веществ) позволила бы таким созданиям выступать в роли незаметных разведчиков, инспекторов окружающей среды и так далее.
Прежде чем монтировать генераторы
на самого жука, учёные подвесили
насекомое в жёстком креплении и
с помощью тонкой палочки из пьезоэлектрического
материала измерили усилия, развиваемые
насекомым в разных точках его тела.
При этом от движений подопечного
удалось снять до 115 микроватт
мощности
(фото Ethem Erkan Aktakka, University of Michigan).
В 2009 году учёные впервые добились произвольно контролируемого полёта живого жука, выполнявшего команды оператора, словно радиоуправляемая модель. Но электроника, которую насекомое тащило на спине, питалась от крошечной батарейки, а это не позволяло рассчитывать на длительное применение киборга в поле. Вот если бы жук ещё сам себя подзаряжал…
Теперь профессор Халил Наджафи (Khalil Najafi) и докторант Этхем Эркан Актакка (Ethem Erkan Aktakka) из университета Мичигана продемонстрировали решение проблемы.
Учёные разработали несколько вариантов миниатюрных пьезоэлектрических генераторов, закрепляемых на спинах животных. Концы этих упругих балок касаются надкрылий и колеблются вслед за движениями жесткокрылых.
В роли подопытных выступали зелёные июньские жуки (Cotinis nitida). Актакка и Наджафи поэкспериментировали с разными точками размещения генераторов, а также измерили доступные отклонения концов балок, развиваемые насекомым усилия и мощности.
Два начальных прототипа, установленные непосредственно на насекомом, позволили снять с него 11,5 и 7,5 микроватта при частоте колебаний крыльев 85-100 герц (жук был закреплён в лабораторной установке).
Далее был создан улучшенный образец в виде крошечной спирали. Для него даже была разработана технология производства из монолитного куска пьезоэлектрического материала: тонкую спираль вырезали фемтосекундным лазером.
Каждый испробованный в опыте пьезоэлектрический генератор занимает объём в считанные кубические миллиметры и весит доли грамма (фото Ethem Erkan Aktakka, University of Michigan).
Видео: Информбюро за 10 сентября
Последняя модель была испытана на устройстве, имитирующем крылья жука. Система развивала усилие, равное ранее измеренному на живом создании.
Эта спираль выдала мощность уже в 18,5-22,5 микроватта. Авторы опыта предположили, что размещение на насекомом пары подобных генераторов (по одному на крыло) позволит получать более 45 мкВт электричества. В дальнейшем экспериментаторы намерены не просто поместить финальный образец на жука, но и испытать его в свободном полёте.
Кроме того, новаторы высчитали, что если подсоединить подобные микрогенераторы напрямую к летательным мускулам, доступную бортовой электронике мощность можно будет поднять ещё в десять раз. Но это уже идея на перспективу, как и снабжение надкрыльев насекомого гибкими солнечными ячейками.
Таким жука-разведчика авторы работы видят в отдалённой перспективе (иллюстрация Ethem Erkan Aktakka).
Видео: С Коноплёв. Грипп, спид и рак излечимы в технологии ДЭТА
Итоги проделанной работы подведены в статье в Journal of Micromechanics and Microengineering.
Видео: Великая Отечественная Война 1941-1945. Блокада Ленинграда
Добавим также, что финансировались эти эксперименты исследовательским агентством Пентагона DARPA в рамках программы по интеграции микроэлектромеханических систем и насекомых (Hybrid Insect MEMS), стартовавшей в 2006 году.
